【導(dǎo)讀】隨著工業(yè)充電技術(shù)向高效化、緊湊化發(fā)展，基于寬禁帶半導(dǎo)體（如SiC）的隔離型DC-DC變換方案嶄露頭角。相比傳統(tǒng)硅基器件，SiC憑借超低導(dǎo)通損耗與納秒級(jí)開(kāi)關(guān)特性，顯著提升了系統(tǒng)功率密度，同時(shí)為高動(dòng)態(tài)響應(yīng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)提供了新思路。本文將解析關(guān)鍵功率架構(gòu)的選型邏輯與技術(shù)邊界。

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)?/span>

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(kāi)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。

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)?/span>

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(xiàn)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(kāi)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)洹⒋渭?jí)端采用帶雙向開(kāi)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

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)?，適用于 4.0 kW 至 6.6 kW 的應(yīng)用。

圖3

?  交錯(cuò)式三相 LLC 拓?fù)?/span>

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)?，將功率損耗分散到多個(gè)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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

?  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(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)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

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(kāi)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

650 - 750 V SiC MOSFET 和 GaN HEMT 適用于雙向開(kāi)關(guān)應(yīng)用。 NTBL032N065M3S 和 NTBL023N065M3S 650 V M3S EliteSiC MOSFET 推薦用于初級(jí)端雙向開(kāi)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(kāi)關(guān)。 GaN 技術(shù)同樣適用于雙向開(kāi)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

結(jié)語(yǔ)

工業(yè)充電器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型直接影響系統(tǒng)效率、功率密度及成本，而SiC等寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的引入，為高功率應(yīng)用提供了更優(yōu)的解決方案。從半橋/全橋LLC到交錯(cuò)式三相LLC，再到雙有源橋，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)覆蓋了600W至30kW的廣泛功率需求，兼顧了高效能與靈活性。未來(lái)，隨著SiC和GaN器件的進(jìn)一步成熟，工業(yè)充電設(shè)計(jì)將朝著更高效率、更緊湊化及智能化的方向發(fā)展。安森美的EliteSiC MOSFET等先進(jìn)器件，為工程師提供了可靠的硬件支持，助力實(shí)現(xiàn)下一代高性能充電系統(tǒng)。

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