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(jí)結(jié) MOSFET 和硅或碳化硅 二極管技術(shù)的組合，為 PFC 級(jí)、原邊 DCDC 級(jí)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(shì)在于縮小外形尺寸、改進(jìn)散熱設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)高達(dá) VAC 5kV/1sec 的功能性強(qiáng)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(jì)可利用 onsemi 柵極驅(qū)動(dòng)器和電流檢測(cè)放大器來(lái)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(shuō)明，以及在電氣和熱性能以及功率密度方面的優(yōu)勢(shì)。
　　APM 封裝技術(shù)為內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造，因此可以更有效地控制熱優(yōu)化（而非像某些競(jìng)品那樣外包）。onsemi 還提供靈活的封裝和制造選項(xiàng)，允許客戶購(gòu)買裸芯片、分立器件或模塊。　　　

 　碳化硅 MOSFET、硅超級(jí)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(shí)現(xiàn)相較于 IGBT 或硅超級(jí)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(jì)中，可能會(huì)有混合解決方案，即 OBC 的某些功率級(jí)也可能使用 IGBT 或硅超級(jí)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(cuò)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(duì)降低熱負(fù)荷至關(guān)重要的更高功率等級(jí)時(shí)，可能會(huì)帶來(lái)更大的效益。
　　建議對(duì) 800VDC 電池系統(tǒng)使用 1200V 碳化硅 MOSFET ，對(duì) 400VDC 電池系統(tǒng)使用 650V 碳化硅 MOSFET。  當(dāng)使用圖騰柱 PFC 時(shí)，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(jí)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(wú)橋升壓和 Vienna 整流器設(shè)計(jì)中，硅超級(jí)結(jié) MOSFET 可很好地實(shí)現(xiàn) PFC，但在圖騰柱 PFC 中使用時(shí)則效果不佳。硬開關(guān)圖騰柱 PFC 的劣勢(shì)體現(xiàn)在體二極管的反向恢復(fù)損耗以及無(wú)法在連續(xù)導(dǎo)通模式下工作。  與 IGBT 相比，硅超級(jí)結(jié) MOSFET 具有更高的開關(guān)速度和效率。  對(duì)于標(biāo)稱電壓為 400VDC 的 OBC 電池，650V 硅超級(jí)結(jié) MOSFET 非常適合雙向設(shè)計(jì)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(gè)二極管或并聯(lián)一個(gè)外部二極管。混合型 IGBT 的封裝中包含一個(gè)碳化硅二極管。
　　對(duì)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(shí)，IGBT 可用于功率等級(jí)較低的設(shè)計(jì)方案。
　　與硅超級(jí)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(jì)的可接受范圍之內(nèi)。IGBT 也可用于低功率等級(jí)雙向設(shè)計(jì)中的副邊整流，但由于開關(guān)損耗較高（與硅超級(jí)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(jí)和副邊整流（單向設(shè)計(jì)）。碳化硅二極管具有功率密度大、額定電壓高、無(wú)反向恢復(fù)損耗等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)行，以提高效率。
　　柵極驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字隔離
　　多種隔離柵極驅(qū)動(dòng)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(jí)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(dòng)器還進(jìn)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(jìn)一步滿足通信線路上的這些要求。
　　各式各樣的柵極驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板組合有助于實(shí)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(dòng)器測(cè)試：柵極驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guò) 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(duì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步優(yōu)化與柵極驅(qū)動(dòng)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(guò) 90dB 的出色 PSRR、極低 Iq 和 150°C 結(jié)溫額定值。同時(shí)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(hào)鏈
　　NCV2191x 或 NCV20xxx 運(yùn)算放大器可用于電壓測(cè)量，而 NCV21xR 電流檢測(cè)放大器可用于高壓應(yīng)用中的低側(cè)電流檢測(cè)。對(duì)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(shí)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)對(duì)各種系統(tǒng)信息的高精度監(jiān)測(cè)。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(hù)
　　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(guò)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(jī)械和散熱考量
　　機(jī)械封裝限制可能會(huì)影響電氣元件在高度、重量等方面的選擇面。無(wú)論是使用空氣還是液體冷卻，都應(yīng)將對(duì)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(qǐng)參閱 onsemi APM 應(yīng)用說(shuō)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(dòng)汽車充電的系統(tǒng)級(jí)示意圖

　　充電站有三種類別或“等級(jí)”。1 級(jí)和 2 級(jí)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(jí)充電站是“車外”直流充電站，可繞過(guò)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(píng)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)?br>　

　功率因數(shù)校正 (PFC) 拓?fù)?/p>　　典型的 OBC 功率因數(shù)校正 (PFC) 解決方案因電網(wǎng)輸入交流相數(shù)和 OBC 設(shè)備的輸出功率等級(jí) [kW] 而異。OBC 中的 PFC 有多種不同的解決方案，我們將列出其中最常見的示例。
　　對(duì)于單相交流輸入 OBC 模塊，可采用傳統(tǒng)升壓、無(wú)橋升壓或圖騰柱（均可選配多通道交錯(cuò)式解決方案）。最可行的交錯(cuò)式解決方案是雙通道。3 通道交錯(cuò)也較為可行，但成本效益可能較低。  如果設(shè)計(jì)是雙向的，則 PFC 級(jí)將采用圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　對(duì)于 3 相 OBC 模塊，可采用 Vienna 整流器和 3 或 4 橋臂橋式 PFC（圖騰柱）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3 相全橋 PFC 適用于有 3 相輸入但無(wú)中性點(diǎn)的模塊，而 4 橋臂 PFC 則有 3 相輸入（3 組快管）和一個(gè)中性點(diǎn)（第 4 組“慢”管）。快管和慢管可在不同的頻率下相互切換。如果設(shè)計(jì)是雙向的，則最具成本效益的 PFC 級(jí)將是圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　

   　傳統(tǒng)升壓 PFC

　　功率因數(shù)校正 (PFC) 拓?fù)洌ɡm(xù)）

　

      傳統(tǒng)升壓 2 通道交錯(cuò)式 PFC

　　

　　無(wú)橋升壓 PFC

　

　　圖騰柱 PFC　　　

　圖騰柱 2 通道交錯(cuò)式 PFC

　　　

　3 或 4 橋臂/圖騰柱 PFC

　　　

Vienna 整流器 PFC（或其他拓?fù)洌?/p>　　原邊 DCDC 拓?fù)?br>　　原邊 DCDC 轉(zhuǎn)換通常采用 LLC、CLLC 或移相全橋 (PSFB) 拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)。  另一個(gè)可能會(huì)出現(xiàn)的拓?fù)涫请p有源電橋 (DAB)，但它實(shí)際上包括原邊和副邊整流，用于雙向設(shè)計(jì)。  對(duì)單向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)最常見的解決方案是 LLC，而雙向系統(tǒng)則是 CLLC。  某些雙向設(shè)計(jì)可能使用 PSFB 或其他拓?fù)洹Ｌ蓟?MOSFET 和硅超級(jí)結(jié) MOSFET 可用于原邊整流的所有不同場(chǎng)景，但 IGBT 僅推薦用于 PSFB 拓?fù)洹Ｖ贫糠N解決方案時(shí)都需要在成本與效益之間進(jìn)行權(quán)衡，下表總結(jié)了其中一些考量因素。
　　對(duì)于 400VDC 系統(tǒng)，設(shè)計(jì)方案中可采用任何 650V 技術(shù)（硅超級(jí)結(jié) MOSFET、碳化硅 MOSFET、IGBT）。OBC 的成本和效率目標(biāo)是影響決策的主要因素。
　　對(duì)于 800VDC 系統(tǒng)，1200V 碳化硅 MOSFET 最為常見，但如果 VBUS 是多電平結(jié)構(gòu)（400VDC + 400VDC），也可使用硅超級(jí)結(jié) MOSFET。
　　無(wú)論采用哪種方法（LLC、CLLC、PSFB、DAB），原邊整流幾乎都采用某種形式的全橋開關(guān)。因此，雖然元件和變壓器可能有所不同，但 4 開關(guān)是原邊 DCDC 轉(zhuǎn)換中最常見的方法。
　　　　原邊整流拓?fù)洹?img src="https://file3.dzsc.com/data/24/05/29/162301948.webp" style="max-width: 700px;">　

　原邊整流 - 全橋 LLC

　　注意：還有其他控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但原邊上普遍要求全橋。
　　副邊整流拓?fù)?br>　　在變壓器的副邊，最簡(jiǎn)單的解決方案是使用二極管橋進(jìn)行整流。  只要設(shè)計(jì)是單向的（僅從電網(wǎng)到車輛）就可行。根據(jù)所需的系統(tǒng)效率、輸出電壓和系統(tǒng)成本，這些二極管可以是硅二極管或碳化硅二極管。  碳化硅二極管是 800V 電池或需要實(shí)現(xiàn)更高效率的系統(tǒng)的最佳選擇（碳化硅二極管具有無(wú)反向恢復(fù)的特性）。 在單向設(shè)計(jì)中，使用硅或碳化硅 MOSFET 的全橋解決方案可提高系統(tǒng)效率，但運(yùn)行成本較高。
　　對(duì)于雙向 OBC 設(shè)計(jì)：雙向功能需要采用硅或碳化硅 MOSFET 全橋。IGBT 開關(guān)損耗通常會(huì)阻礙這種技術(shù)在副邊（更高功率等級(jí)）的應(yīng)用。  硅 MOSFET 可用于 400V 電池系統(tǒng)，但在低負(fù)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)效率下降的問題。  碳化硅 MOSFET 在 400VDC（650V 碳化硅 MOSFET）和 800VDC（1200V 碳化硅 MOSFET）電池系統(tǒng)中均能提供優(yōu)越的效率，因此 1200V 碳化硅 MOSFET 毫無(wú)疑問是 800VDC 電池系統(tǒng)的首選。　　　

　副邊整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)）

　　　

副邊整流二極管橋 - 僅單向（電網(wǎng)至車輛）

　　　

　副邊整流 4 開關(guān)全橋 - 雙向（電網(wǎng)至車輛和車輛至電網(wǎng)）