用于高壓應(yīng)用 (OBC) 的集成 APM16 模塊
　　該 APM16 系列（APM = 汽車功率模塊）采用硅超級(jí)結(jié) MOSFET 和硅或碳化硅 二極管技術(shù)的組合，為 PFC 級(jí)、原邊 DCDC 級(jí)以及副邊整流邊提供了多種解決方案。APM16 模塊能夠支持 400VDC 電池系統(tǒng)。
　　與分立式解決方案相比，使用 APM16 模塊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于縮小外形尺寸、改進(jìn)散熱設(shè)計(jì)、降低雜散電感、減少內(nèi)部鍵合電阻、提高電流能力、改善 EMC 性能并提高可靠性。
　　這些器件符合 IEC-60664-1 標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) VAC 5kV/1sec 的功能性強(qiáng)化隔離。APM16 模塊符合 AECQ-101 和 AQG-324（汽車模塊標(biāo)準(zhǔn)）。APM16 設(shè)計(jì)可利用 onsemi 柵極驅(qū)動(dòng)器和電流檢測(cè)放大器來(lái)完善 OBC 功率變換解決方案。
　　用于高壓應(yīng)用 (OBC) 的集成 APM32 模塊
　　該 APM32 系列 （APM = 汽車功率模塊）集成了 1200V 碳化硅器件，可用于 800V 電池系統(tǒng)和更大功率的 OBC。Vienna 整流器模塊采用 1200 V 80 mΩ 碳化硅 MOSFET 以及碳化硅二極管和硅二極管。雙半橋模塊，采用了安裝在不同基板上的 1200 V 40 mΩ (80 mΩ) 碳化硅 MOSFET。以下為關(guān)于采用 1200V 碳化硅模塊的應(yīng)用說(shuō)明，以及在電氣和熱性能以及功率密度方面的優(yōu)勢(shì)。
　　APM 封裝技術(shù)為內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造，因此可以更有效地控制熱優(yōu)化（而非像某些競(jìng)品那樣外包）。onsemi 還提供靈活的封裝和制造選項(xiàng)，允許客戶購(gòu)買裸芯片、分立器件或模塊?！　?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/161626164.webp" style="max-width: 700px;">　

 　碳化硅 MOSFET、硅超級(jí)結(jié) MOSFET 與 IGBT 的比較

　　碳化硅 MOSFET 可用于 PFC、原邊 DCDC 和副邊整流（雙向），是800VDC 電池系統(tǒng)中所推薦的產(chǎn)品。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)相較于 IGBT 或硅超級(jí)結(jié) MOSFET 的最高效率和功率密度。  在眾多采用碳化硅 MOSFET 的設(shè)計(jì)中，可能會(huì)有混合解決方案，即 OBC 的某些功率級(jí)也可能使用 IGBT 或硅超級(jí)結(jié) MOSFET。
　　在 400VDC 電池系統(tǒng)中，如果采用傳統(tǒng)的升壓型或交錯(cuò)升壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，碳化硅 MOSFET 的效率可提高 0.2% - 0.5%；如果用于原邊 DCDC 或副邊整流（雙向），則可提高功率密度和效率。  當(dāng)碳化硅 MOSFET 用于效率對(duì)降低熱負(fù)荷至關(guān)重要的更高功率等級(jí)時(shí)，可能會(huì)帶來(lái)更大的效益。
　　建議對(duì) 800VDC 電池系統(tǒng)使用 1200V 碳化硅 MOSFET ，對(duì) 400VDC 電池系統(tǒng)使用 650V 碳化硅 MOSFET。  當(dāng)使用圖騰柱 PFC 時(shí)，碳化硅 MOSFET 技術(shù)是一種適用于任何電池電壓的推薦解決方案?！?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/161636467.webp" style="max-width: 700px;">　　

    硅超級(jí)結(jié) MOSFET可用于 PFC、原邊 DCDC 和副邊整流（雙向）。 在傳統(tǒng)的升壓、無(wú)橋升壓和 Vienna 整流器設(shè)計(jì)中，硅超級(jí)結(jié) MOSFET 可很好地實(shí)現(xiàn) PFC，但在圖騰柱 PFC 中使用時(shí)則效果不佳。硬開(kāi)關(guān)圖騰柱 PFC 的劣勢(shì)體現(xiàn)在體二極管的反向恢復(fù)損耗以及無(wú)法在連續(xù)導(dǎo)通模式下工作。  與 IGBT 相比，硅超級(jí)結(jié) MOSFET 具有更高的開(kāi)關(guān)速度和效率。  對(duì)于標(biāo)稱電壓為 400VDC 的 OBC 電池，650V 硅超級(jí)結(jié) MOSFET 非常適合雙向設(shè)計(jì)中的原邊整流和副邊整流。

　　IGBT 可用于 PFC 和原邊 DCDC。IGBT 沒(méi)有內(nèi)置體二極管，需要在內(nèi)部封裝一個(gè)二極管或并聯(lián)一個(gè)外部二極管。混合型 IGBT 的封裝中包含一個(gè)碳化硅二極管。
　　對(duì)于 PFC，IGBT 可用于大多數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且即使“高速”管采用了其他技術(shù)，也可用于圖騰柱 PFC 的“低速”管。當(dāng)考慮到原邊 DCDC 轉(zhuǎn)換的成本時(shí)，IGBT 可用于功率等級(jí)較低的設(shè)計(jì)方案。
　　與硅超級(jí)結(jié) MOSFET 或碳化硅 MOSFET 相較之下，較慢的開(kāi)關(guān)速度和較低的效率將必須在設(shè)計(jì)的可接受范圍之內(nèi)。IGBT 也可用于低功率等級(jí)雙向設(shè)計(jì)中的副邊整流，但由于開(kāi)關(guān)損耗較高（與硅超級(jí)結(jié)或碳化硅 MOSFET 相比），因此并不常用。
　　硅二極管與碳化硅二極管的比較
　　硅二極管可用于 400V 電池系統(tǒng)中的 OBC PFC 級(jí)和副邊整流（單向設(shè)計(jì)）。碳化硅二極管具有功率密度大、額定電壓高、無(wú)反向恢復(fù)損耗等優(yōu)點(diǎn)，因此可作為 800V 電池系統(tǒng)的理想選擇。碳化硅二極管還可在更低的電壓下運(yùn)行，以提高效率。
　　柵極驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字隔離
　　多種隔離柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路解決方案適用于碳化硅 MOSFET (NCV51705 / NCV51561C/D)、IGBT (NCV57xxx) 和硅超級(jí)結(jié) MOSFET（NCV51561A/B、NCV511xx）。不斷推出的具有電氣隔離能力的柵極驅(qū)動(dòng)器還進(jìn)一步優(yōu)化了傳播延遲和 CMTI 較高的問(wèn)題。
　　隔離策略因客戶而異，NCIV9xxx 系列數(shù)字隔離器可用于進(jìn)一步滿足通信線路上的這些要求。
　　各式各樣的柵極驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板組合有助于實(shí)現(xiàn)快速原型開(kāi)發(fā)。如需了解任何解決方案中我們的柵極驅(qū)動(dòng)器測(cè)試：柵極驅(qū)動(dòng)器即插即用生態(tài)系統(tǒng) [SECO-GDBB-GEVB]

　　

　隔離式雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器 NCV51561

　　　

　帶 NCV1362 控制器的碳化硅輔助電源

　　輔助電源
　　反激式 DCDC 拓?fù)湫问降母綦x電源可通過(guò) NCV1362 控制器提供隔離電源，然后為 SBC 或分立式 LDO 電源 IC 供電。它可提供 20W 至 40W 的輸出功率。對(duì)于 12V VBUS 的輔助電源，onsemi 可提供 NCV898031 反激式控制器 IC，其需要搭配光耦解決方案使用。
　　系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片 (SBC) 根據(jù)客戶要求進(jìn)行優(yōu)化，可滿足客戶在通信、功率和特定功能等方面的需求?？蛻暨€可從熱門應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化 SBC 列表中進(jìn)行選取。像 NCV7471C 或 NCV745x 這類 SBC 結(jié)合了系統(tǒng)電源排序、通信總線接口要求以及可提供 5V 電壓軌的內(nèi)置 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等功能。
　　使用 NCV8170 / NCV816x 或 NCV87xx 等 LDO 可產(chǎn)生額外的電壓軌。  為了進(jìn)一步優(yōu)化與柵極驅(qū)動(dòng)器有關(guān)的噪聲問(wèn)題，NCV3064 控制器可用于為所要求的開(kāi)關(guān)技術(shù)生成隔離軌。onsemi 可提供廣泛的產(chǎn)品組合，具有低至 4.4uVrms 的極低 RMS 噪聲、超過(guò) 90dB 的出色 PSRR、極低 Iq 和 150°C 結(jié)溫額定值。同時(shí)做到與市面主流器件封裝兼容，并具備電源就緒 (PG) 引腳。
　　模擬信號(hào)鏈
　　NCV2191x 或 NCV20xxx 運(yùn)算放大器可用于電壓測(cè)量，而 NCV21xR 電流檢測(cè)放大器可用于高壓應(yīng)用中的低側(cè)電流檢測(cè)。對(duì)于低側(cè)傳感應(yīng)用，共模范圍為 -0.3V 至 +26V。若要在負(fù)電壓側(cè)實(shí)現(xiàn)更大的容差范圍，則應(yīng)考慮 NCV7041 系列，其共模輸入范圍為 -5.0V 至 +80V（增益選項(xiàng)為 14、20、50 和 100）。
　　NCV225x 比較器與 NVT211 溫度傳感器和 NCV431 并聯(lián)電壓基準(zhǔn)配合使用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種系統(tǒng)信息的高精度監(jiān)測(cè)。務(wù)必選擇具有合適帶寬、偏置和所需漂移的放大器。
　　IVN 和 CAN ESD 保護(hù)
　　onsemi 一直在為車主客戶開(kāi)發(fā) CAN 和 CAN-FD 器件。這些產(chǎn)品已通過(guò)所有主要汽車原始設(shè)備制造商的認(rèn)證，可提供面向 LIN、CAN、CAN-FD 和 FlexRay 的完整產(chǎn)品組合。
　　CAN 和 CAN-FD 收發(fā)器（如NCV734x）以及即將推出的 隔離式 CAN 均可供選擇。
　　通信接口線路應(yīng)采用 SZNUP2124 和 SZNUP2125 等器件，以避免瞬態(tài)事件的發(fā)生。
　　機(jī)械和散熱考量
　　機(jī)械封裝限制可能會(huì)影響電氣元件在高度、重量等方面的選擇面。無(wú)論是使用空氣還是液體冷卻，都應(yīng)將對(duì)熱管理的考量提升到系統(tǒng)層面。
　　務(wù)必要重視材料和元件封裝的選擇，以有效協(xié)助熱管理。請(qǐng)參閱 onsemi APM 應(yīng)用說(shuō)明 ，了解更多有關(guān)提高熱性能的信息?！　?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/161705380.webp" style="max-width: 700px;">　

    　解決方案概述 - 方框圖

　　用于 400V 電池架構(gòu)的車載充電器　　　　

       電動(dòng)汽車充電的系統(tǒng)級(jí)示意圖

　　充電站有三種類別或“等級(jí)”。1 級(jí)和 2 級(jí)充電站可將交流電輸送到車載充電器，以適當(dāng)?shù)妮敵鲭娏骱碗妷簽橹绷麟姵爻潆姟? 級(jí)充電站是“車外”直流充電站，可繞過(guò)車輛的 OBC，直接向車輛電池提供高達(dá) 400 A 的高壓直流電?！　?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/161723048.webp" style="max-width: 700px;">　

 　推薦產(chǎn)品

　　　　安森美（onsemi）還提供了一系列開(kāi)發(fā)工具和資源，包括產(chǎn)品推薦工具、WebDesigner+、Strata Developer Studio、仿真 SPICE 模型、交互式方框圖、評(píng)估和開(kāi)發(fā)工具、Elite Power Simulator、自助式 PLECS 模型生成器。

　　解決方案概述 - 拓?fù)?br>　

　功率因數(shù)校正 (PFC) 拓?fù)?/p>　　典型的 OBC 功率因數(shù)校正 (PFC) 解決方案因電網(wǎng)輸入交流相數(shù)和 OBC 設(shè)備的輸出功率等級(jí) [kW] 而異。OBC 中的 PFC 有多種不同的解決方案，我們將列出其中最常見(jiàn)的示例。
　　對(duì)于單相交流輸入 OBC 模塊，可采用傳統(tǒng)升壓、無(wú)橋升壓或圖騰柱（均可選配多通道交錯(cuò)式解決方案）。最可行的交錯(cuò)式解決方案是雙通道。3 通道交錯(cuò)也較為可行，但成本效益可能較低。  如果設(shè)計(jì)是雙向的，則 PFC 級(jí)將采用圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　對(duì)于 3 相 OBC 模塊，可采用 Vienna 整流器和 3 或 4 橋臂橋式 PFC（圖騰柱）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3 相全橋 PFC 適用于有 3 相輸入但無(wú)中性點(diǎn)的模塊，而 4 橋臂 PFC 則有 3 相輸入（3 組快管）和一個(gè)中性點(diǎn)（第 4 組“慢”管）?？旃芎吐芸稍诓煌念l率下相互切換。如果設(shè)計(jì)是雙向的，則最具成本效益的 PFC 級(jí)將是圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　

   　傳統(tǒng)升壓 PFC

　　功率因數(shù)校正 (PFC) 拓?fù)洌ɡm(xù)）

　

      傳統(tǒng)升壓 2 通道交錯(cuò)式 PFC

　　

　　無(wú)橋升壓 PFC

　

　　圖騰柱 PFC　　　

　圖騰柱 2 通道交錯(cuò)式 PFC

　　　

　3 或 4 橋臂/圖騰柱 PFC

　　　

Vienna 整流器 PFC（或其他拓?fù)洌?/p>　　原邊 DCDC 拓?fù)?br>　　原邊 DCDC 轉(zhuǎn)換通常采用 LLC、CLLC 或移相全橋 (PSFB) 拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)。  另一個(gè)可能會(huì)出現(xiàn)的拓?fù)涫请p有源電橋 (DAB)，但它實(shí)際上包括原邊和副邊整流，用于雙向設(shè)計(jì)。  對(duì)單向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)最常見(jiàn)的解決方案是 LLC，而雙向系統(tǒng)則是 CLLC。  某些雙向設(shè)計(jì)可能使用 PSFB 或其他拓?fù)?。碳化?MOSFET 和硅超級(jí)結(jié) MOSFET 可用于原邊整流的所有不同場(chǎng)景，但 IGBT 僅推薦用于 PSFB 拓?fù)?。制定每種解決方案時(shí)都需要在成本與效益之間進(jìn)行權(quán)衡，下表總結(jié)了其中一些考量因素。
　　對(duì)于 400VDC 系統(tǒng)，設(shè)計(jì)方案中可采用任何 650V 技術(shù)（硅超級(jí)結(jié) MOSFET、碳化硅 MOSFET、IGBT）。OBC 的成本和效率目標(biāo)是影響決策的主要因素。
　　對(duì)于 800VDC 系統(tǒng)，1200V 碳化硅 MOSFET 最為常見(jiàn)，但如果 VBUS 是多電平結(jié)構(gòu)（400VDC + 400VDC），也可使用硅超級(jí)結(jié) MOSFET。
　　無(wú)論采用哪種方法（LLC、CLLC、PSFB、DAB），原邊整流幾乎都采用某種形式的全橋開(kāi)關(guān)。因此，雖然元件和變壓器可能有所不同，但 4 開(kāi)關(guān)是原邊 DCDC 轉(zhuǎn)換中最常見(jiàn)的方法。
　　　　原邊整流拓?fù)洹?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/162301948.webp" style="max-width: 700px;">　

　原邊整流 - 全橋 LLC

　　注意：還有其他控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但原邊上普遍要求全橋。
　　副邊整流拓?fù)?br>　　在變壓器的副邊，最簡(jiǎn)單的解決方案是使用二極管橋進(jìn)行整流。  只要設(shè)計(jì)是單向的（僅從電網(wǎng)到車輛）就可行。根據(jù)所需的系統(tǒng)效率、輸出電壓和系統(tǒng)成本，這些二極管可以是硅二極管或碳化硅二極管。  碳化硅二極管是 800V 電池或需要實(shí)現(xiàn)更高效率的系統(tǒng)的最佳選擇（碳化硅二極管具有無(wú)反向恢復(fù)的特性）。 在單向設(shè)計(jì)中，使用硅或碳化硅 MOSFET 的全橋解決方案可提高系統(tǒng)效率，但運(yùn)行成本較高。
　　對(duì)于雙向 OBC 設(shè)計(jì)：雙向功能需要采用硅或碳化硅 MOSFET 全橋。IGBT 開(kāi)關(guān)損耗通常會(huì)阻礙這種技術(shù)在副邊（更高功率等級(jí)）的應(yīng)用。  硅 MOSFET 可用于 400V 電池系統(tǒng)，但在低負(fù)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)效率下降的問(wèn)題。  碳化硅 MOSFET 在 400VDC（650V 碳化硅 MOSFET）和 800VDC（1200V 碳化硅 MOSFET）電池系統(tǒng)中均能提供優(yōu)越的效率，因此 1200V 碳化硅 MOSFET 毫無(wú)疑問(wèn)是 800VDC 電池系統(tǒng)的首選?！　?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/162311621.webp" style="max-width: 700px;">　

　副邊整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)）

　　　

副邊整流二極管橋 - 僅單向（電網(wǎng)至車輛）

　　　

　副邊整流 4 開(kāi)關(guān)全橋 - 雙向（電網(wǎng)至車輛和車輛至電網(wǎng)）