“OBC系統(tǒng)解決方案設(shè)計指南”又上新了，第一篇文章介紹了系統(tǒng)用途、系統(tǒng)實施方法、系統(tǒng)說明、市場趨勢和標(biāo)準(zhǔn)等，本文將繼續(xù)介紹解決方案概述及拓?fù)洹?/p>

解決方案概述

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）采用硅超級結(jié) MOSFET 和硅或碳化硅二極管技術(shù)的組合，為 PFC 級、原邊 DCDC 級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)勢在于縮小外形尺寸、改進散熱設(shè)計、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)，可實現(xiàn)高達(dá) VAC 5kV/1sec 的功能性強化隔離。APM16 模塊符合 AECQ-101 和 AQG-324（汽車模塊標(biāo)準(zhǔn)）。APM16 設(shè)計可利用 onsemi 柵極驅(qū)動器和電流檢測放大器來完善 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)用說明，以及在電氣和熱性能以及功率密度方面的優(yōu)勢。

APM 封裝技術(shù)為內(nèi)部設(shè)計和制造，因此可以更有效地控制熱優(yōu)化（而非像某些競品那樣外包）。onsemi 還提供靈活的封裝和制造選項，允許客戶購買裸芯片、分立器件或模塊。

碳化硅 MOSFET、硅超級結(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)可實現(xiàn)相較于 IGBT 或硅超級結(jié) MOSFET 的最高效率和功率密度。 在眾多采用碳化硅 MOSFET 的設(shè)計中，可能會有混合解決方案，即 OBC 的某些功率級也可能使用 IGBT 或硅超級結(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 用于效率對降低熱負(fù)荷至關(guān)重要的更高功率等級時，可能會帶來更大的效益。

建議對 800VDC 電池系統(tǒng)使用 1200V 碳化硅 MOSFET ，對 400VDC 電池系統(tǒng)使用 650V 碳化硅 MOSFET。當(dāng)使用圖騰柱 PFC 時，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。

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

IGBT 可用于 PFC 和原邊 DCDC。IGBT 沒有內(nèi)置體二極管，需要在內(nèi)部封裝一個二極管或并聯(lián)一個外部二極管。混合型 IGBT 的封裝中包含一個碳化硅二極管。

對于 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，IGBT 可用于功率等級較低的設(shè)計方案。

與硅超級結(jié) MOSFET 或碳化硅 MOSFET 相較之下，較慢的開關(guān)速度和較低的效率將必須在設(shè)計的可接受范圍之內(nèi)。IGBT 也可用于低功率等級雙向設(shè)計中的副邊整流，但由于開關(guān)損耗較高（與硅超級結(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 級和副邊整流（單向設(shè)計）。碳化硅二極管具有功率密度大、額定電壓高、無反向恢復(fù)損耗等優(yōu)點，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行，以提高效率。

柵極驅(qū)動器和數(shù)字隔離

多種隔離柵極驅(qū)動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)動器還進一步優(yōu)化了傳播延遲和 CMTI 較高的問題。

隔離策略因客戶而異，NCIV9xxx 系列數(shù)字隔離器可用于進一步滿足通信線路上的這些要求。

各式各樣的柵極驅(qū)動器評估板組合有助于實現(xiàn)快速原型開發(fā)。如需了解任何解決方案中我們的柵極驅(qū)動器測試：柵極驅(qū)動器即插即用生態(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 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。客戶還可從熱門應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化 SBC 列表中進行選取。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。為了進一步優(yōu)化與柵極驅(qū)動器有關(guān)的噪聲問題，NCV3064 控制器可用于為所要求的開關(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 90dB 的出色 PSRR、極低 Iq 和 150°C 結(jié)溫額定值。同時做到與市面主流器件封裝兼容，并具備電源就緒 (PG) 引腳。

模擬信號鏈

NCV2191x 或 NCV20xxx 運算放大器可用于電壓測量，而 NCV21xR 電流檢測放大器可用于高壓應(yīng)用中的低側(cè)電流檢測。對于低側(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，可實現(xiàn)對各種系統(tǒng)信息的高精度監(jiān)測。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

onsemi 一直在為車主客戶開發(fā) CAN 和 CAN-FD 器件。這些產(chǎn)品已通過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。

機械和散熱考量

機械封裝限制可能會影響電氣元件在高度、重量等方面的選擇面。無論是使用空氣還是液體冷卻，都應(yīng)將對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。請參閱 onsemi APM 應(yīng)用說明 ，了解更多有關(guān)提高熱性能的信息。

解決方案概述 - 方框圖

用于 400V 電池架構(gòu)的車載充電器

電動汽車充電的系統(tǒng)級示意圖

充電站有三種類別或“等級”。1 級和 2 級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? 級充電站是“車外”直流充電站，可繞過車輛的 OBC，直接向車輛電池提供高達(dá) 400 A 的高壓直流電。

推薦產(chǎn)品

安森美（onsemi）還提供了一系列開發(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、評估和開發(fā)工具、Elite Power Simulator、自助式 PLECS 模型生成器。

解決方案概述 - 拓?fù)?/strong>