應用指南 | 國產替代！鍇威特重磅推出充電樁SiC器件+電源管理芯片系統解決方案
發布日期：2025-07-09
一直以來，續航低、充電慢是困擾新能源車的難題，讓汽車充電變得像加油站加油一樣快是市場上的主流需求，為縮減充電時間和提升續航里程，近年來，提升汽車電池電壓平臺成為主要解決方案。從2019年第一款800V高壓架構的車型的發布到現在，800V高壓平臺逐漸成為純電動汽車標配。
圖1：新能源汽車充電
圖2：超充樁未來預計需求數量圖
在充電設施方面，隨著新能源車的快速普及，充電樁的需求也逐年提高，如圖2所示。超級充電站作為新能源汽車充電基礎設施的重要組成部分，正逐步成為推動綠色出行、促進能源轉型的關鍵力量。目前單樁功率已逐步從前幾年的120kW以下向160-480kW及更大功率快充樁、超充堆方向發展。
充電模塊的體積主要受磁性元件體積，濾波電容數量以及散熱系統影響。減小磁性器件體積，減少濾波電容數量的有效措施是提升工作頻率以及采用磁集成技術。而傳統硅基IGBT，超結MOSFET等器件受本身開關特性影響，開關損耗高，難以提升開關頻率。
碳化硅（SiC）相比Si器件有如下優勢：
禁帶寬度是硅（Si）的3倍，擊穿電場強度是硅的10倍，可以應用更高電壓場合。
飽和電子漂移率是硅的2倍，漂移層厚度比Si大幅降低（約為硅的1/10），可以實現更小寄生電容，更小導通電阻，相對硅基MOS有更小的導通損耗和開關損耗。
碳化硅高溫下漏電流更低，內阻變化率大大小于硅器件，可在高溫度更穩定工作。
SiC的熱導率是硅的3倍，散熱效率更高，允許器件在高頻開關下仍能保持較低結溫。
基于以上特性，在主流高功率，寬范圍輸出，高效率，高功率密度充電模塊產品上，碳化硅幾乎是必選項。通過SiC MOSFET替代IGBT和硅基器件,可在在電能變換模塊成本上升不大的情況下，效率由傳統的95%提升到97%以上，功率密度達到60W/in^3, 將大幅度降低充電及儲能系統的運營成本。
圖3：大功率一體式直流充電樁
常見充電樁系統
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常見的充電樁如下圖4所示，三相交流電通過AC-DC模塊整流成直流，再通過DC-DC充電模塊給電池包充電。常見的電池包有400V系統和800V系統。鍇威特在AC-DC，DC-DC模塊均可提供高可靠性SiC MOS和SiC 二極管功率器件，同時可配套提供隔離驅動以及輔助電源全國產化解決方案。
圖4：充電模塊整體框圖
AC-DC模塊
01
Vienna（T-NPC） PFC碳化硅方案
AC-DC模塊中常用維也納PFC拓撲，如圖5所示。 其中整流管常用1200V/40A 系列SiC SBD，橫管用650V/30mΩ SiC MOSFET，峰值效率在800V母線可達98.56%，PF值達0.99。
圖5：Vienna PFC拓撲圖
方案特點
開關管的額定電壓為600V或650V。二極管額定電壓為1200V
三電平配置降低了總諧波失真（THD）和開關上的電壓應力
易于控制，每相只需一個驅動信號即可驅動背靠背開關，無直通風險
單相運行
02
三相半橋PWM整流PFC碳化硅方案
該AC-DC方案整流管可直接采用1200V/28mΩ 系列SiC MOS，直接實現PWM整流功能。電路更簡潔，缺點是需要用更多1200V的高壓SiC MOS管。
圖6：三相半橋PWM整流PFC拓撲圖
方案特點
無橋接導通損耗
電路簡單，易于控制，元件少
兩電平，開關需要耐受全母線電壓和尖峰電壓
更適合使用寬禁帶器件
可通過高頻減小電感器尺寸
支持雙向轉換
DC-DC模塊
01
三相Y型交錯LLC
為了實現較大功率，可用如圖7所示的三相LLC并聯方案，可并聯輸出也可多路輸出。LLC輸入半橋可采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。
圖7：三相Y型交錯LLC拓撲
方案特點
頻率調制， 諧振轉換器實現軟開關以提高效率
初級側零電壓開關（ZVS） ， 次級側零電流開關（ZCS）
輸出串并聯以實現寬范圍恒功率輸出
三相Y型交錯減小輸出紋波電流，減小輸出濾波電容體積
僅單向運行
02
CLLC雙向諧振方案
CLLC本質是將LLC的諧振腔做對稱處理， 在功率需要反向流動時，也可以利用LLC的諧振原理實現軟開關。兩側推薦采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。
圖8：三相交錯CLLC拓撲
方案特點
在 LLC 的基礎上，整流側二極管替換為SiC MOS并增加電容器電感以實現雙向轉換，諧振電感可集成在變壓器中
全范圍軟開關，以實現雙向高效率，峰值效率高于98%
三相Y型交錯以減小輸出紋波電流，減小輸出濾波電容體積。
可應用于OBC與充電樁
輔助電源（AUX）模塊
在充電樁輔助電源方面，鍇威特推出全國產化120W雙管反激輔助電源方案，如圖9所示。其中主功率管可采用900V平面MOSFET—CS4N90F，鉗位二極管可采用1200V SBD，副邊MOS可采用400V/0.13Ω平面MOSFET—CS26N40FP。反激控制器可采用鍇威特電源管理芯片CSV3521，啟動電流不高于25uA；變壓器驅動芯片可采用CSV5010，具備10A峰值驅動電流能力；副邊可用鍇威特同步整流芯片CSV2812，漏極檢查點耐壓高達300V 。
圖9：雙管反激拓撲
方案特點
效率高，續流二極管將漏感能量回饋給電源
有效抑制關斷電壓尖峰
同步整流提升轉換效率
可降低充電模塊待機功耗
總結
針對充電樁行業應用，鍇威特可提供豐富種類的SiC器件，SBD以及其他功率器件，并能提供電源管理芯片，驅動IC等，以滿足充電樁中不同拓撲及功率級的應用，可為客戶提供一站式的國產化解決方案。
鍇威特量產SiC MOSFET列表
鍇威特量產SiC SBD列表
鍇威特隔離驅動芯片列表
鍇威特輔助電源管理芯片列表
*在研芯片
