對(duì)于要求苛刻的消費(fèi)類電動(dòng)汽車市場(chǎng)，基于最新寬帶隙半導(dǎo)體的快速直流充電系統(tǒng)正在成為首選方式。

在為電動(dòng)汽車充電時(shí)，有幾種可用的方法。目前正在部署高速公路和城市充電站，但在家充電的能力是一個(gè)主要的市場(chǎng)趨勢(shì)。大多數(shù)個(gè)人乘用車會(huì)在夜間停放，這使得在家充電比在其他地方充電更容易且通常更便宜。

電動(dòng)汽車 (EV) 的采用曲線不斷變好，因?yàn)橄冗M(jìn)的電力電子設(shè)備和轉(zhuǎn)換拓?fù)涮岣吡?EV 的性能，解決了續(xù)航里程焦慮和電池壽命問題。這些改進(jìn)的 EV 電源管理和電機(jī)控制電子設(shè)備主要?dú)w功于下一代寬帶隙 (WBG) 半導(dǎo)體的出現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兡軌騽?chuàng)建高效的先進(jìn)電源系統(tǒng)。

這些相同的 WBG 半導(dǎo)體也在各個(gè)層面為電動(dòng)汽車充電行業(yè)注入活力（雙關(guān)語(yǔ)）。隨著消費(fèi)者的擔(dān)憂從里程焦慮轉(zhuǎn)移到充電速度，基于 WBG 的充電系統(tǒng)現(xiàn)在正在市場(chǎng)上部署，以滿足快速家用電動(dòng)汽車充電的需求。這些下一代電動(dòng)汽車充電器在未來(lái)電動(dòng)汽車的普及率和范圍內(nèi)發(fā)揮著重要作用。

向前充電

最流行的基于 WBG 的壁式插頭充電器被稱為模式 3（2 級(jí)）系統(tǒng)，可提供高達(dá) 50 千瓦的功率，比基于傳統(tǒng)技術(shù)的早期 1 級(jí)系統(tǒng)能夠提供的輸出高得多。基于直流的充電器，也稱為 3 級(jí)或直流快速充電 (DCFC) 系統(tǒng)，可從 25 千瓦到 350 多千瓦運(yùn)行，顯著縮短了自助服務(wù)終端和其他公共場(chǎng)所的充電時(shí)間。

在 15 分鐘內(nèi)，一個(gè) 150 千瓦的直流充電器可以讓電動(dòng)汽車行駛 200 公里，而且使用當(dāng)今市場(chǎng)上最好的直流快速充電器，許多充電器可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)充電 80%。家用直流快速充電系統(tǒng)正在成為不斷增長(zhǎng)的電動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。在開發(fā)面向消費(fèi)者的資本貨物時(shí)，壽命和可靠性與購(gòu)買決策中的成本效益相競(jìng)爭(zhēng)。

為經(jīng)濟(jì)有效地提高電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能所能做的一切只能提高接受度。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的三個(gè)方面涉及測(cè)量電流、確保嚴(yán)格的功率因數(shù)校正、頻率管理和解決熱問題。每個(gè)都相互影響以影響系統(tǒng)的整體性能。

WBG 類型

WBG 半導(dǎo)體目前有兩種類型，氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC)。每個(gè)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但兩者都創(chuàng)造了比基于硅的傳統(tǒng)晶體管性能明顯更好的設(shè)備。有趣的是，GaN 非常適合中低功率應(yīng)用，而 SiC 則適用于非常高的電壓和功率水平。

GaN 是一種壓電半導(dǎo)體，可實(shí)現(xiàn)極高的效率和開關(guān)頻率，不僅可以實(shí)現(xiàn)更好的性能，而且由于能夠減小所涉及的無(wú)源元件的尺寸，還可以減少解決方案的占用空間。碳化硅可以在更高的溫度下更有效地運(yùn)行，同時(shí)管理足夠高的電壓以應(yīng)對(duì)最苛刻的電動(dòng)汽車系統(tǒng)。

在最新的家用和公共 EV 充電器中，GaN 更多地用于控制電子設(shè)備，而 SiC 則更多地用于功率轉(zhuǎn)換階段。這種劃分在中值功率水平上是模糊的，因?yàn)?GaN 和 SiC 都可以解決數(shù)百伏特和數(shù)十安培的應(yīng)用。這導(dǎo)致了升級(jí)板上所有相關(guān)組件以解決系統(tǒng)附加功能的壓力。

現(xiàn)在發(fā)生的事

在基于 WBG 的先進(jìn)電力系統(tǒng)中，準(zhǔn)確、快速和智能的電流測(cè)量至關(guān)重要。除了確定功率輸出外，正確的電流測(cè)量還有助于管理熱性能，因?yàn)椴涣嫉臒峁芾砭哂衅茐男郧页杀靖甙?。正確完成高級(jí)電流測(cè)量可以顯著提高基于 WBG 的高級(jí)電源電路的性能、安全性和成本效益。

大多數(shù)下一代充電器都在其性能包絡(luò)的邊緣驅(qū)動(dòng)，高級(jí)電流測(cè)量提供早期故障檢測(cè)和實(shí)時(shí)性能信息等。基于 WBG 的電源系統(tǒng)需要指示超出范圍的電流狀況、過(guò)電流狀況或其他性能損失，以預(yù)測(cè)和解決潛在的熱問題。

電力電子設(shè)備的性能以及由此產(chǎn)生的系統(tǒng)熱問題的危險(xiǎn)范圍從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統(tǒng)支持能力的負(fù)載條件下運(yùn)行。先進(jìn)充電系統(tǒng)中的電流傳感器部署在每個(gè)轉(zhuǎn)換器電路中，以執(zhí)行反饋控制回路功能的初始部分，該功能調(diào)節(jié)逆變器中電力系統(tǒng)的性能、效率和熱線性，尤其是基于 WBG 半導(dǎo)體的系統(tǒng)。

對(duì)于這些電源系統(tǒng)中的電流感應(yīng)，集成感應(yīng)解決方案是唯一真正的解決方案，因?yàn)樗粌H提供所需的性能，而且與使用運(yùn)算放大器和比較器的板組裝解決方案相比，顯著節(jié)省了占地面積。非集成實(shí)施的規(guī)模將根據(jù)所選的實(shí)際組件而有所不同，但它會(huì)比單一封裝解決方案大。如果我們對(duì)這種類型的設(shè)備使用傳統(tǒng)的組件封裝尺寸，大約 2~3 毫米，這會(huì)導(dǎo)致解決方案占位面積達(dá)數(shù)十毫米。

過(guò)流檢測(cè)

根據(jù)定義，電流測(cè)量是防止電子系統(tǒng)損壞的過(guò)流和欠流保護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵方面。在基于 WBG 的電力系統(tǒng)的速度、功率水平和永遠(yuǎn)在線方面，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲在任何方面都不再適用于這些先進(jìn)的電力產(chǎn)品，除非是為了防止災(zāi)難性故障。WBG 電源系統(tǒng)的更高開關(guān)速度和功率水平要求對(duì)高級(jí) EV 充電器的每個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

除了在過(guò)流情況下切斷電源之外，使用保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)并不會(huì)為您提供有關(guān)電源系統(tǒng)實(shí)際性能的任何信息。使用電流傳感器，可以針對(duì)任何給定應(yīng)用優(yōu)化過(guò)流檢測(cè)響應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)的電路保護(hù)和安全性至關(guān)重要，像 Aceinna 的電流檢測(cè)解決方案非常適合過(guò)流檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅？斓捻憫?yīng)和大電流測(cè)量范圍。由于隔離，它們可用于電路的高端和低端。

與分流加隔離放大器解決方案相比，隔離、amr 傳感器和溫度校正等方面的集成降低了客戶設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，通過(guò)在高側(cè)使用 Aceinna 電流傳感器等設(shè)備，可以檢測(cè)相電流的接地故障（可能由于接線錯(cuò)誤、老化等），從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。

電流傳感器

電能質(zhì)量對(duì)于高效運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是在這些先進(jìn)的 WBG EV 充電器中，功率因數(shù)是其中的重要組成部分。有功功率與視在功率之比（例如低于 95% 的不良功率因數(shù)）會(huì)導(dǎo)致做同樣的工作需要更多的電流。功率因數(shù)校正 (PFC)提高了該比率和電能質(zhì)量，降低了電網(wǎng)壓力，提高了設(shè)備??能效，并降低了電力成本，同時(shí)降低了系統(tǒng)故障的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)生與負(fù)載（例如靠近負(fù)載的電池充電器）吸收的能量相反的無(wú)功能量，可提高功率因數(shù)，并在負(fù)載點(diǎn)以所需的實(shí)時(shí)水平進(jìn)行理想的補(bǔ)償。在低壓側(cè)的 PFC 設(shè)備上使用電流傳感器可提高可用功率。

說(shuō)到諧波失真，AC/DC逆變器前端需要PFC，而且大多數(shù)時(shí)候需要AC/DC前端模塊的原副邊隔離，Aceinna的電流傳感器不僅簡(jiǎn)化了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但降低了實(shí)施成本。

開關(guān)頻率

電源電路中的開關(guān)頻率在基于 WBG 的電源系統(tǒng)中顯著提高，尤其是基于 GaN 的電源系統(tǒng)，要求磁性器件和無(wú)源器件具有更高的性能。先進(jìn)的電流感應(yīng)解決了對(duì)系統(tǒng)中更好組件的需求。此外，提高穩(wěn)壓器頻率可降低電源電路的尺寸和電路板占位面積要求。然而，隨著頻率的增加，開關(guān)損耗也會(huì)增加，主要是由于開啟期間的高端損耗以及體二極管傳導(dǎo)損耗。

需要在高級(jí) WBG 快速開關(guān)電路中進(jìn)行電流測(cè)量，以實(shí)時(shí)跟蹤電流以盡可能提高效率。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)還需要智能電流測(cè)量，以創(chuàng)建控制算法以獲得更好的性能。由于其高相位裕度，Aceinna 的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統(tǒng)效率，同時(shí)簡(jiǎn)化了電流控制設(shè)計(jì)。

向前行駛

用于加速電動(dòng)汽車采用和市場(chǎng)可行性的快速充電系統(tǒng)市場(chǎng)需要基于最新 WBG 設(shè)備和電路拓?fù)涞南冗M(jìn)、高效和具有成本效益的充電解決方案。使用最新的電力系統(tǒng)進(jìn)行家庭快速充電是 EV 補(bǔ)充的更優(yōu)選形式之一，使用先進(jìn)的電流感應(yīng)來(lái)優(yōu)化此類基于 WBG 的系統(tǒng)將確保產(chǎn)品在 EV 充電市場(chǎng)上取得成功。


審核編輯：劉清