碳化硅（SiC）功率開關(guān)器件正成為工業(yè)電池領(lǐng)域一種廣受歡迎的選擇，因其能夠?qū)崿F(xiàn)更快的開關(guān)速度和更優(yōu)異的低損耗工作，從而在不妥協(xié)性能的前提下提高功率密度。此外，SiC還支持 IGBT技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新型功率因數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本白皮書回顧了多種功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還提出了功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)與初級(jí)功率級(jí)的SiC MOSFET選型方案，以及次級(jí)同步整流功率級(jí)的硅基MOSFET選型策略。最后介紹了安森美（onsemi）650V M3S EliteSiC MOSFET 的優(yōu)勢(shì)及其性能特點(diǎn)。

白皮書第一篇介紹了工業(yè)充電器簡(jiǎn)介、PFC 級(jí)選型，第二篇將介紹隔離式DC-DC功率級(jí)選擇。

隔離式DC-DC功率級(jí)的選擇

對(duì)于隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換，可以根據(jù)應(yīng)用的功率等級(jí)來(lái)選擇多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

半橋 LLC 拓?fù)?/p>

采用次級(jí)端全橋同步整流的半橋LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常適合600W至3.0kW的充電器應(yīng)用。iGaN功率開關(guān)適用于600W至1.0kW的充電器，而SiC MOSFET則適用于1.2kW至3.0kW的應(yīng)用。

對(duì)于4.0kW至6.6kW的應(yīng)用，可選用全橋LLC拓?fù)浠蚪诲e(cuò)式LLC拓?fù)?；雙有源橋則適用于6.0kW至30.0kW的應(yīng)用。通過(guò)并聯(lián)多個(gè)6.0kW充電器，可實(shí)現(xiàn)12.0kW至30kW的功率輸出。

圖 1. 半橋 LLC 隔離型 LLC 拓?fù)?/p>

NTH4L045N065SC1 或 NTBL032N065M3S 650 V EliteSiC MOSFET 適用于初級(jí)端半橋電路，80 ? 150 V 的 Si MOSFET 則適用于次級(jí)端同步整流應(yīng)用。NTBLS0D8N08X 和 NTBLS4D0N15MC 是適用于 48 V 及 80 V ? 120 V 電池充電器應(yīng)用的Si MOSFET。

全橋 LLC 拓?fù)?/p>

全橋LLC拓?fù)溆蓛蓚€(gè)半橋（S1?S2 和 S3?S4）組成，包含變壓器初級(jí)繞組Lm和諧振LC網(wǎng)絡(luò)。

全橋電路中對(duì)角線布局的SiC MOSFET由相同的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。次級(jí)端全橋LLC拓?fù)溆蓛蓚€(gè)半橋（S5?S6 和 S7?S8）組成，使用的是同步整流Si MOSFET。雙向Si MOSFET開關(guān)S9?S10提供了電壓倍增功能，可實(shí)現(xiàn)40 V至120 V的寬電壓輸出。對(duì)于40 V ? 120 V的寬電壓范圍電池充電器應(yīng)用，初級(jí)端采用全橋LLC拓?fù)?、次?jí)端采用帶雙向開關(guān)電壓倍增器同步全橋電路拓?fù)涫呛线m的方案（如圖 2所示）。

圖 2. 帶次級(jí)電壓倍增器電路的全橋 LLC 拓?fù)?/p>

圖 3 所示，帶有 2個(gè)變壓器及2個(gè)次級(jí)全橋同步整流電路的全橋 LLC 拓?fù)洌m用于 4.0 kW 至 6.6 kW 的應(yīng)用。

圖 3. 帶有 2 個(gè)變壓器和 2個(gè)全橋同步整流器的全橋 LLC 拓?fù)?/p>

交錯(cuò)式三相 LLC 拓?fù)?/p>

對(duì)于 6.6 kW - 12.0 kW 的大功率應(yīng)用，建議采用交錯(cuò)式 LLC 拓?fù)洌瑢⒐β蕮p耗分散到多個(gè)開關(guān)和變壓器中。

三相交錯(cuò)式 LLC 由 3 個(gè)半橋（S1-S2、S3-S4 和 S5-S6）、3 個(gè)諧振 LC 電路、3 個(gè)帶勵(lì)磁電感的變壓器組成，次級(jí)端采用3 個(gè)帶諧振 LC 網(wǎng)絡(luò)的半橋（S7-S8、S9-S10 和 S11-S12）組成，以實(shí)現(xiàn)雙向操作。初級(jí)端3組半橋電路以諧振開關(guān)頻率工作，彼此保持120度相位差。此三相交錯(cuò)式LLC拓?fù)淇僧a(chǎn)生三倍開關(guān)頻率的輸出紋波，并顯著減小濾波電容尺寸。

圖 4 所示的交錯(cuò)式三相 LLC 拓?fù)溥m用于 6.6 kW - 12 kW的充電器應(yīng)用。

圖 4. 交錯(cuò)式三相 LLC 拓?fù)?/p>

雙有源橋

如圖 5 所示的雙有源橋適用于大功率充電器應(yīng)用，例如為騎乘式割草機(jī)、叉車和電動(dòng)摩托車供電。雙有源橋適用于6.6 kW至11.0 kW的工業(yè)充電器應(yīng)用。

圖 5. 雙有源橋拓?fù)?/p>

單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于輸入電壓為 120 - 347 V 單相AC輸入的工業(yè)充電器應(yīng)用。 圖 6 所示，初級(jí)端帶有雙向AC開關(guān)的雙有源橋適用于 4.0 kW至11.0 kW的工業(yè)充電器應(yīng)用。

圖 6. 單級(jí)雙有源橋轉(zhuǎn)換器

650 - 750 V SiC MOSFET 和 GaN HEMT 適用于雙向開關(guān)應(yīng)用。 NTBL032N065M3S 和 NTBL023N065M3S 650 V M3S EliteSiC MOSFET 推薦用于初級(jí)端雙向開關(guān)。通過(guò)將2個(gè)裸芯集成到 TOLL 或 TOLT 封裝中，以實(shí)現(xiàn)雙向開關(guān)。 GaN 技術(shù)同樣適用于雙向開關(guān)應(yīng)用。

如圖 7 所示，另一種值得關(guān)注的單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是帶有集成式全橋隔離 LLC DC-DC轉(zhuǎn)換器的交錯(cuò)式圖騰柱 PFC。

圖 7. 單級(jí)交錯(cuò)式圖騰柱 PFC + LLC 級(jí)

未完待續(xù)，下篇將介紹優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與元器件選型等。