与全桥整流不同的是，在全桥整流中，二极管的标准反向电压等于输出电压，而在中心抽头配置中，二极管要承受这个数值的两倍。常规的全桥移相转换器（电感在次级端），正如所解释的那样，在两种整流方法（全桥或中心抽头整流）中都需要更高的击穿电压二极管。为了克服常规全桥移相转换器对1200 V或1700 V额定二极管的需求，几个输出将被串联起来。 其他重要的设计考虑因素 除了电源转换器中的拓扑结构和开关器件外，在开发快速电动车充电器时，还有其他重要领域需要考虑，尤其是在使用SiC开关在高频率下工作时。 在所有的拓扑结构中，驱动系统仍然是快速直流电动车充电器的一个重要方面，对系统性能有直接影响。 在隔离的主题下，首先要考虑的问题之一。鉴于快速直流电动车充电器所讨论的高功率和高电压，电隔离对于高端驱动器是必须的。对于低端同类产品，尽管从安全角度看并非总是严格必要的，但常见的做法是使用与高端相同的门极驱动系统和电路。 这种方法带来了多种好处，包括解决方案的实施和系统的稳健性。一方面，它有利于同一半桥上的开关器件之间的延迟匹配。这简化了PWM序列和死区时间的控制和实施，以防止击穿事件。此外，隔离驱动器通过最大限度地提高其共模瞬态抗扰度（CMTI）来增强系统的坚固性，这在使用快速开关宽禁带技术在高dV/dt 驱动时特别重要，如SiC。 这里还需要指出的是，采用开尔文连接的电源开关需要一个浮动或电隔离的驱动器（在高端和低端）来获得配置的好处，因为它将大大减少损耗和提高传播时间。 门极驱动器的另一个关键考虑因素是片上集成功能（除电隔离外）和保护。根据系统的要求和开关的类型，可能需要过电流保护（“DESAT”）—— IGBT和SiC MOSFET的典型保护——米勒钳制（避免错误开启）。包括这些或其他必要的封装功能可以实现紧凑的系统，并最大限度地减少布局中的寄生电感，这是使用SiC的高开关频率系统的基本要求。 在数字控制的系统中，内置保护也非常方便，可以提供板载保护。在系统能效方面，门极驱动器的接受端和源端能力对于通过快速充电和放电寄生门极电容实现快速开关转换至关重要。在使用SiC技术时，这在高功率应用中特别重要，因为这比基于Si的IGBT或SJ MOSFET实现更快的转换。 电隔离门极驱动器系列具有3.5 kV和5 kV额定值的NCD57XXX和NCD51XXX为开发快速电动车充电器带来设计灵活性和系统可靠性，在片上集成了多种功能和保护措施，并显示出高达9 A的驱动电流能力。该产品组合包括单通道驱动器，如NCD57000/1、NCD5708x、NCD5709x、NCP51152/7，以及双通道驱动器，如NCP51561、NCP51563和NCD57252/256，以满足所有使用情况。
图17. 电隔离的单通道和双通道门驱动器框图 与门极驱动器相邻的一个话题是驱动它们所需的隔离电源。SiC开关的最佳性能是通过+20 V – 5 V的偏置电压实现的，而IGBT通常需要+15 V/0 V或15 V。更多的细节可以在“Gen11200VSiCMOSFETs & Modules: 特性和驱动建议”。 同样，对于门极驱动器来说，电源需要紧凑和坚固，确保在所有工作条件下有稳定的电压轨。围绕NCV3064开关稳压器的电源，如LVDCDC3064-IGBT和LVDCDC3064-SIC有助于满足这些需求。 快速直流电动车充电的另一个重要考虑因素是系统中必要的安全保护，尤其是法规所规定的安全保护。强制性保护是针对车外的接地故障电流（GFC），以防止对人体产生危险的电击风险。 特别是，充电电路中断装置（CCID）是专门为EV充电而开发的，IEC61851-1（前面讨论过）和UL 2231-1/2标准分别对其在欧洲/亚洲和北美的实施进行了规范。FAN4147和NCS37014 GFC中断器满足这些法规的要求，为开发符合安全要求的EVSE提供了现成的解决方案。 辅助电源单元（PSU）在电力系统中无处不在，快速直流电动车充电也不例外。隔离反激拓扑结构是方便和可靠的选择，可以提供低压系统所需的典型的10-40 W。 特别是，对于快速直流电动车充电，直流母线的电压水平是影响整个系统的主要因素之一。现在的趋势是提高这些水平，以减少特定功率水平的峰值电流并提高能效。 如今，直流母线电压水平高达800 V（甚至更高）是很常见的，并不是所有的传统方案都适合电动汽车充电。在这里，围绕NCP1362准谐振谷初级端开关或NCP1252和NCP12700次级端控制器开发的PSU可以帮助解决这些需求。在开关方面，具有高RDS on（160 mOhms）的1200V SiC MOSFET正在被迅速采用，因为它们带来了出色的性价比，是900 V DC系统的最佳方案。 归结一切 我们已经看到了电动车市场的增长是如何加速的，以及为什么随着更多的电动车上路，快速直流充电需要（也将）保持吸引力。 在过去的大多月份里，指向这一方向的新闻如雨后春笋般涌现，其中一个是美国总统宣布的到2030年建立50万个直流充电桩网络的计划。其最终目标是推动电动车成为主流，摆脱以内燃机为基础的交通工具，并应对气候变化。 快速和超快速的直流充电桩是电动汽车的一个关键支柱，也是完成生态系统的一个不可或缺的元素，在家庭中可以使用较低功率的交流充电替代品，因为可以在较长时间内充电。作为一个新生的、快速发展的市场，快速直流电动车充电器的要求和使用案例在不断升级，留下了一个需要各种解决方案和不同优化的空间。 不过，所有这些的共同点将是越来越高的功率、电压水平和能效。此外，随着此类基础设施的大规模推出，竞争格局变得更加严酷，安装的投资回报率也将需最大化，预计对尺寸、重量、成本和可靠性的限制也会加强。 现在，SiC功率技术正在成熟，其价格正在达到有吸引力的水平，这为先进的SiC功率集成模块技术的发展留下了空间。更高的能效和优越的热性能，使充电系统更轻、更小、成本更优化，可提供高达400 kW的功率。除了SiC技术和功率模块的内在优势，充电器的可靠性仍然是有效和广泛部署电动车的基石。 |
