在工業(yè)電池領(lǐng)域，碳化硅（SiC）功率開關(guān)器件正逐漸成為備受青睞的選擇。這是因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)更快的開關(guān)速度以及更出色的低損耗工作，從而在不犧牲性能的前提下，有效提高功率密度。此外，SiC 還支持 IGBT 技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的新型功率因數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文將圍繞工業(yè)充電器中隔離式 DC - DC 功率級(jí)的選擇展開詳細(xì)介紹。

隔離式 DC - DC 功率級(jí)的選擇

對于隔離式 DC - DC 轉(zhuǎn)換而言，可以依據(jù)應(yīng)用的功率等級(jí)來挑選多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

半橋 LLC 拓?fù)?/h5>

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。其中，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。通過并聯(lián)多個(gè) 6.0kW 充電器，能夠?qū)崿F(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 650V EliteSiC MOSFET 適用于初級(jí)端半橋電路，80 - 150V 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 48V 及 80V - 120V 電池充電器應(yīng)用的 Si MOSFET。

全橋 LLC 拓?fù)?/h5>

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) 40V 至 120V 的寬電壓輸出。對于 40V - 120V 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。

圖 2. 帶次級(jí)電壓倍增器電路的全橋 LLC 拓?fù)?/p>

如圖 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 4.0kW 至 6.6kW 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)?/h5>

對于 6.6kW - 12.0kW 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. 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 6.6kW 至 11.0kW 的工業(yè)充電器應(yīng)用。

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

650 - 750V SiC MOSFET 和 GaN HEMT 適用于雙向開關(guān)應(yīng)用。NTBL032N065M3S 和 NTBL023N065M3S 650V M3S EliteSiC MOSFET 推薦用于初級(jí)端雙向開關(guān)。通過將 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。