如今，通過(guò)DC進(jìn)行快速充電正變得越來(lái)越流行。為了獲得更快的充電時(shí)間，必須進(jìn)行外部電源轉(zhuǎn)換，并且必須進(jìn)行電氣隔離，這一點(diǎn)很重要。電力電子設(shè)備在成本方面應(yīng)該是有效的，并且應(yīng)該是相當(dāng)有效的。SiC肖特基二極管可以有選擇地用于優(yōu)化功率電子器件。電池借助隔離的DC輸出進(jìn)行充電，而功率轉(zhuǎn)換不受限制，并且在存在200-600
DC的情況下，估計(jì)的和正常的瓦數(shù)范圍為50-300kW時(shí)，它具有主動(dòng)或被動(dòng)的能力［2］。功率轉(zhuǎn)換可以是單向和雙向的。變壓器的大小與開(kāi)關(guān)頻率成正比。本文主要關(guān)注DC-DC部分中的單向功率流。
隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>
這是本質(zhì)上是隔離的單向轉(zhuǎn)換器。它的初級(jí)繞組借助于單相H橋逆變器來(lái)驅(qū)動(dòng)。直流輸出是通過(guò)全橋整流器產(chǎn)生的，并且為了直流輸出的清潔度需要一個(gè)輸出濾波器，可以是CL或LC。帶有LC和CL濾波器的DC-DC轉(zhuǎn)換器如圖1所示。在CL濾波器的情況下，不需要整流二極管來(lái)整流二極管。由于整流器電流不連續(xù)，H橋中的電流波形為三角形。較高的電流峰值導(dǎo)致三角波形效率低下。如圖2所示，在400直流輸出和500直流輸入下有120A電流充電。使用LC輸出濾波器會(huì)產(chǎn)生連續(xù)電流，該連續(xù)電流會(huì)在H橋中產(chǎn)生具有低電流峰值的方波。與使用LC濾波器有關(guān)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是效率高［1］。LC濾波器的波形如圖3所示。
圖1：具有CL和LC濾波器的DC-DC轉(zhuǎn)換器
圖2：CL濾波器波形
圖3：LC濾波器波形
H橋損耗
關(guān)閉開(kāi)關(guān)設(shè)備［1］時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗最為明顯。與三角形波形相比，在相同水平的直流輸出電流下，IGBT損耗的高值出現(xiàn)了50％的IGBT損耗，這都是由于三角形波形中電流的峰值較高而發(fā)生的。例如，損耗是根據(jù)以10kHz開(kāi)關(guān)的IGBT技術(shù)的1200V計(jì)算得出的。如果緩沖整流器的設(shè)計(jì)不正確，則可以在IGBT損耗中檢測(cè)到部分偏移。
整流緩沖電路的設(shè)計(jì)
隨著大量損耗的耗散，整流器緩沖器開(kāi)始成為問(wèn)題［1］。重要的是，二極管中的Qrr被緩沖電路吸收，并應(yīng)在電阻器中消散，由于整個(gè)過(guò)程，效率降低，并且對(duì)大型元件的需求增加［1］。此時(shí)，除了SiC二極管外，沒(méi)有其他幫助。
SiC肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)
與SiC器件相關(guān)的一些重要優(yōu)勢(shì)包括：
有降低開(kāi)關(guān)損耗的趨勢(shì)。
不存在反向恢復(fù)費(fèi)用。
結(jié)電容處的電荷較少，但不大于正常Si PN結(jié)處的Qrr。
輕松便捷地以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包裝供貨。
兩個(gè)尺寸相似的整流器模塊的理論比較
這是相同尺寸的Si和SiC模塊的比較。電壓設(shè)置為600V，并且已將緩沖電容器的值選擇為最佳值，以最大程度地減小電壓［1］的過(guò)沖。
圖4：Si和SiC模塊之間的比較
硅二極管的案例研究
500kW功率在10kHz的50kW
DC-DC轉(zhuǎn)換器中的緩沖電路中耗散了功率，這意味著僅在緩沖部分中耗散了輸出區(qū)域總功率的1％，這在本質(zhì)上使用了標(biāo)準(zhǔn)的Si整流二極管，該二極管本質(zhì)上是快速的系統(tǒng)。盡管開(kāi)關(guān)頻率為40kHz，但在緩沖功耗中，可以觀察到SiC整流二極管的減小至15W。它具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，它允許使用更小的組件，并且不伴有熱量的增加，因此最終將處理更少的熱量。
圖5：帶有SiC整流二極管的轉(zhuǎn)換器的原型
結(jié)論
本文提供了有關(guān)SiC肖特基二極管的便捷，簡(jiǎn)短但內(nèi)容豐富的知識(shí)，它們的優(yōu)勢(shì)，Si和SiC二極管之間的比較以及詳細(xì)的案例研究，以深入了解這一概念。SiC肖特基二極管具有提高效率，減小尺寸并降低本質(zhì)上隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器成本的能力。肖特基二極管的正確使用可以降低整流電路中的緩沖器損耗，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。此外，已經(jīng)觀察到緩沖器的部件的成本和尺寸的大量減少。SiC器件實(shí)際上很昂貴，因此建議限制這些器件的使用，并使用其他一些最佳可用選項(xiàng)進(jìn)行更改，以便從中獲得顯著的優(yōu)勢(shì)。所有數(shù)據(jù)都是從真實(shí)來(lái)源收集的。
注：
［1
］使用SiC肖特基二極管提高EV快速充電器的效率APEC 2020新奧爾良，洛杉磯LeifAmber工程經(jīng)理。
［2］基于SiC的AC / DC
CCM無(wú)橋車(chē)載EV充電器，帶有耦合有源電壓倍增器整流器，用于800 V電池系統(tǒng)Mehdi Abbasi，IEEE學(xué)生成員，John
Lam，IEEE高級(jí)成員，可持續(xù)能源研究部高級(jí)電力電子實(shí)驗(yàn)室。多倫多約克大學(xué)Lassonde工程學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，加拿大M3J 1P3
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