电动车 (EV) 的发货量正在迅速增长，估计 21 世纪 20 时代还将加快开展。首要轿车制作商都现已推出了电动车或已拟定了推出计划，它们还活跃与同伴协作，研讨最佳的动力电子学计划，然后尽量延伸单次充电行进路程和下降本钱。SiC 器材的首要运用如图 1 所示，猜测数据标明，到 2030 年，SiC 的发货量有望到达 100 亿美元。电动车最重要的动力元件是电动车牵引逆变器，咱们将在之后的文章中评论。其他重要转化器有车载充电器和直流通化器。它们越来越多地触及双向功率流，并因快速开关和超卓的寄生二极管行为而大大获益。SiC FET 产品现已契合 AEC-Q101 要求，可满意这些需求。咱们会评论首要拓扑结构，检查运用 SiC 器材的优势，尤其是在电压较高 (500-800V) 的电池体系中。
图 1：UnitedSiC 优势
车载充电器拓扑结构
车载充电器 (OBC) 坐落车内，所以它有必要能够运用功率密度和能效都尽或许高的转化器拓扑结构，以便减小本身体积和分量。挑选哪种拓扑结构取决于功率规模，可所以 6.6kW、11kW，也可所以 22kW（电动客车）。在部分状况下，车载充电器可所以双向的，这意味着电路不只答应电池从电网取得电流，电动车还能够充任分布式电源向电网馈电。在这种形式下，电是反向活动的，可是峰值运转功率或许比电池充电额定值低（一半）。
图 2 显现的是专为单向功率流规划的车载充电器的两种装备。电路有两个首要部分，前端整流器级和直流通化器级。整流器级对沟通主电源电压进行整流，供给具有一致功率因数的直流轨。之后，直流到直流全桥移相级供给准确操控的输出，以便为电池组充电。在锂离子电池充电过程中，电路首先在操控电流形式下运转，然后在功率稳定形式下运转以完结快速充电，最终在电压稳定形式下运转，直至电池充溢。
图 2：专为单向功率流规划的车载充电器中的两种装备
为了尽或许前进整流器级的能效，无桥拓扑结构越来越受欢迎，由于它能够防止二极管整流器桥的导电损耗。图 2 显现的图腾柱 (TPPFC) 电路，能够用于功率电平较低的状况。该电路含快速开关相脚，而其他电路则以线路频率开关。快速开关脚能够在接连导电形式 (CCM) 和临界导电形式 (CRM) 下运转。在接连导电形式下，开关翻开存在困难，最佳选项是运用含有超卓低 QRR 寄生二极管的宽带隙开关。图 3 比较了器材参数，包含将 UnitedSiC FET 的 QRR 与先进的超结器材进行比较。假如开关频率超越 20kHz，则有必要运用宽带隙开关，而 UnitedSiC FET 供给的规范栅极驱动将使得刺进 UnitedSiC FET 以及从超结器材晋级为 UnitedSiC FET 变得十分简略。
图 3：器材参数比较，包含 UnitedSiC FET 的 QRR 与先进的超级器材的比较
假如运用临界导电形式，则峰值电流会变得更高，为感应器带来额定的束缚，并需求导通电阻更低的开关。在没有硬翻开的状况下，能够运用硅基超结 FET，至少在较低的总线电压下能够。即便在这种状况下，运用 SiC FET 也行得通，由于现在有导通电阻十分低的选件，而与选用相似导通电阻的超结 FET 比较，SiC FET 的价格也越来越有竞争力。此外，运用 1200V SiC FET，该拓扑结构能够扩展到更高的直流轨电压，然后运用最小的开关次数添加功率输出。
关于 11-22kW 这样较高的功率电平而言，3 相有源前端整流器是超卓的选件。总线电压一般为 600-800V，因此需求运用 1200V 器材。此外，图 2 中的双电平 3 相电路需求开关损耗低且 QRR 低的开关，然后使得 SiC FET 代替 IGBT 成为更好的挑选。图 4 显现的是 35mohm，1200V，TO247-4L (UF3C120040K4S) UnitedSiC FAST FET 的翻开特征和封闭特征。鉴于器材的翻开和封闭损耗十分低，这些器材并联运用，以完结高能效的有源前端整流器。运用 4 脚开尔文封装时，用户能够更快地开关，并且损耗更低，栅极波形也更明晰。
图 4：35mohm，1200V，TO247-4L (UF3C120040K4S) UnitedSiC FAST FET 的翻开特征和封闭特征
前端整流器的代替计划是 Vienna 整流器，如图 5 所示，它答应将 650V 硅基超结器材与 SiC 肖特基二极管联用，以下降本钱。在这个电路中，开关并不会进行硬开关。不过需求的半导体数量更多，且二极管压降束缚了能完结的最佳能效。
图 5：Vienna 整流器，答应将 650V 硅基超结器材与 SiC 肖特基二极管联用，以下降本钱
直流通化器
如图 2 所示，电池充电器和供给 12V/24V 电能的主力直流通化器都是移相全桥转化器。在满负荷下时，该电路选用以零压开关 (ZVS) 方法翻开的 FET，并选用缓冲电容器来尽量下降整个器材的封闭损耗。该电路能够在高频 (100-300kHz) 下运转，且能效高。SiC FET 的导电损耗和封闭损耗低，且其栅极驱动要求简略，是抱负的挑选。关于可在 0 至 12V 下驱动或由输出 -12/0/12V 电压的简略脉冲变压器驱动的 UnitedSiC FET，状况也是如此。在轻负荷条件下，或许会发僵硬开关，这会导致超结 FET 出现问题，也更简单发生二极管康复感应毛病，且 IGBT 电路简单发生更大的损耗。
图 6 中显现的 LLC 拓扑结构是一个十分超卓的挑选，尤其是在输出电压固守时。这个拓扑结构在输出固定的直流通化器级中最为常见，而移相全桥拓扑结构则更合适处理可变输出电压。在总线电压较低时，LLC 电路中会运用超结 FET 与快速二极管。而在电压较高时，IGBT 功率损耗变得过高，因此更合适挑选 SiC FET。
图 6：在总线电压较低时，LLC 电路中运用超结 FET 与快速二极管。在电压较高时，IGBT 功率损耗会变得过高，因此合适挑选 SiC FET
即便在总线电压较低的状况下，UnitedSiC 650V SiC FET 也能完结十分低的栅极电荷，十分短的输出电容充电时刻和十分低的寄生二极管导电损耗，能够用于将 LLC 运转频率从 100kHz 前进到 500kHz。TO247-4L 封装中的导通电阻现在能够低至 7mohm，650V。关于低概括空间束缚的运用，能够在行业规范 DFN8x8 封装中运用 27mohm，650V 器材。
关于双向直流通化，图 7 显现的是双有源桥 (DAB) 和 CLLC 电路，其间输出侧选用有源开关。关于电池充电，由于输出电压改动规模广，所以能够经过改换栅极 PWM 波形从固定的直流总线操控 DAB。假如选用 CLLC 拓扑结构，则为了保持直流通直流级的运转近共振，有必要经过改动有源整流器级（图腾柱 PFC 或 3 相有源前端）的操控计划来改动总线电压。在这两种状况下，都有必要在副边侧运用 SiC FET 以便在反形式下有用进行硬开关。这些 FET 可所以 650V 至 1200V FET（用于电池充电），也可所以 100-150V 等级内的较低压硅 FET（可完结 12V/24V 输出）。
图 7：双有源桥 (DAB) 和 CLLC 电路，其间输出侧选用有源开关
轻松过渡
宽带隙 SiC FET 支撑运用更完善的拓扑结构和更高的频率来完结大功率密度和能效方针。体系层面的电动车空间添加能够容易抵消较高的开关本钱。UnitedSiC FET 具有与一切类型栅极驱动电压兼容这个重要优势，所以能够刺进根据硅的规划和 SiC MOSFET 规划中。在全世界规划师越来越多地选用 SiC 器材布置的过程中，这个优势能够让他们轻松完结过渡，有时只需对现有的根据硅的规划进行晋级即可。
近期开展
下一阶段很或许要触及集成驱动器和 FET 级，例如图 8 中所示的带驱动器的 SIP 半桥，它运用 35mohm，1200V 堆叠式共源共栅开关。开关波形标明，此类器材支撑十分快、十分明晰的开关，能够用作本文中所述的一切电路选项的构建块。
图 8：集成驱动器和 FET 级，例如所示的带驱动器的 SIP 半桥，它运用 35mohm，1200V 堆叠式共源共栅开关
SiC FET 技能迅速开展，正在开发中的 2020 版别开关的功能表征能前进 2 倍。再加上分立封装改善与根据 SiC 的智能功率模块的推出，这三项前进会跟着电动车布置的不断添加进一步前进功率密度。
