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      寬禁帶為電動汽車提供更快充電的能力

      發布時間:2021-05-04 來源:Brandon Becker 責任編輯:wenwei

      【導讀】提供所需的功率水平以安全高效地實現更快的電動汽車(EV)充電和支持加速采用并非易事?;诠璧拈_關器件的進一步顯著改進變得越來越具有挑戰性,領先的半導體器件制造商如安森美半導體正采用新材料提供具有電動汽車快速充電所需性能的方案。所謂寬禁帶(WBG)材料,包括氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC),都在電動汽車充電相關的電源設計中展現出顯著優勢。
       
      電動汽車及其類似的混合動力電動汽車(HEV)在道路上越來越普遍,尤其是在電動汽車充電樁日益普及的城市地區。盡管環保游說團體和政府對采用這些新車輛施加了巨大壓力,但許多人會說,到目前為止,這種采用一直令人失望。
       
      與電動汽車有關的常見障礙
       
      里程焦慮(擔心駕駛員會被困于無充電樁的路上)已被認可為銷售緩慢的原因之一,但是隨著充電點的增加,這種情況正在減少,尤其是對于較短路程和更多城市地區的常規通勤。在許多情況下,可以在家里充電一整夜,以備第二天的通勤或旅行需要。充電點的增加在全球范圍內有所不同,在某些國家如中國,污染導致非常具體的目標得以更快地推進。
       
      但是,對于行程超出汽車電池容量的情況,即使有充電樁,也存在另一個問題。電池充電過程太長了,在某些情況下很難在一天之內完成300英里的旅程。這不便是減緩電動汽車普及的另一個因素。
       
      當前,有多個充電級別。最基本的(1級)涉及將車輛插入普通的插座并等待。能提供3 kW的交流電,充滿電需要多達十個小時,這對于整夜充電是可行的。2級也可在家庭環境中使用,因為它可以從三相電源提供高達10 kW的功率,使充滿電所花時間減少到約三個小時,這對于在進行參加會議、購物或外出吃飯等活動時同時充電更為可行。
       
      但是,基于交流的充電有兩個主要缺點:首先,它需要多達幾個小時,因此在旅途中并不方便,尤其是在為燃油車輛加油僅需幾分鐘時。另外,由于車輛電池需要直流電來充電,因此需要車載AC-DC轉換器,這增加了車輛的重量并降低了能效,因而減小了里程。
       
      寬禁帶為電動汽車提供更快充電的能力
       
      商用充電樁的功率較高,并且往往主要使用直流電直接為電池充電,沒有AC-DC轉換器的重量和能效損失。 3級充電樁能提供高達75 kW的功率,可在30分鐘左右把完全耗盡的電池充滿電。雖然不像給燃油車加油那樣方便,但現在已經達到了可以在長途旅行中接受的水平。
       
      最高功率水平由4級提供,約為250 kW,提供足以在約六分鐘內充滿一塊空電池的電量。隨著向電動汽車的過渡繼續進行,只要部署足夠數量的這些充電樁,對電動汽車的“充電便利性”異議就會消除。
       
      安森美半導體提供什么樣的方案以解決這些障礙
       
      安森美半導體正開發和推出的基于WBG材料的器件可以提供該領域設計工程師所需的性能和特性。 SiC和GaN都具有較低的導通電阻(RDS(ON)),因而靜態損耗較低,且具有較低的門極電荷值(Qg),可降低開關損耗。因此,基于WBG的電源設計可在更高的頻率下工作,從而減小了磁性器件的尺寸及方案的整體尺寸。
       
      WBG還有助于將電容器和電感器的值減少約75%。這顯著降低了無源和磁性元器件的成本,從而抵消了開關器件的較高成本。因此,基于WBG的高性能、高能效電源設計現已達到了比等效的硅基設計更低的成本(且性能更好)。
       
      寬禁帶為電動汽車提供更快充電的能力
       
      安森美半導體提供構建基于維也納整流器的充電方案所需的所有器件。我們提供廣泛的1200V SiC肖特基二極管陣容,如1200V、30 A FFSH30120A,無反向恢復電流,且具有不受溫度影響的開關特性。此外,我們還提供各種先進的SiC MOSFET,如NVHL080N120SC1或NVHL020N120SC1,導通電阻(RDS(ON))從80mOhm到20mOhm,具有低門極電荷和電容,降低電磁干擾(EMI)并支持更快的運行。
       
      SiC器件需要先進的門極驅動器來確保最佳性能,而NCP51705為SiC MOSFET提供最大允許的門極電壓以確保盡可能最低的導通損耗。
       
       
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