如今，通過直流快速充電變得越來越流行。為了獲得更快的充電時間，有必要進行外部電源轉(zhuǎn)換，并且電流隔離很重要。電力電子設(shè)備在成本方面應(yīng)該是有效的，并且應(yīng)該相當(dāng)高效。碳化硅肖特基二極管可選擇性用于電力電子設(shè)備的優(yōu)化。電池在隔離的 DC 輸出的幫助下充電，而功率轉(zhuǎn)換不受限制，并且具有主動或被動的能力，在 200-600 DC 的情況下，估計和正常瓦數(shù)范圍為 50-300kW [2]。功率轉(zhuǎn)換既可以是單向的，也可以是雙向的。變壓器的大小與開關(guān)頻率成正比 本文主要關(guān)注DC-DC部分的單向潮流。

隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓撲

這是一個本質(zhì)上是隔離的單向轉(zhuǎn)換器。其初級繞組在單相 H 橋逆變器的幫助下驅(qū)動。直流輸出是在全橋整流器的幫助下產(chǎn)生的，直流輸出的清潔度需要一個輸出濾波器，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。在用于二極管整流的 CL 濾波器的情況下，不需要緩沖器。由于整流電流不連續(xù)，H 橋中的電流波形呈三角形。較高的電流峰值是導(dǎo)致三角波效率低下的原因。在 400 DC 輸出和 500 DC 輸入下有 120A 電流充電，如圖 2 所示。使用 LC 輸出濾波器會產(chǎn)生連續(xù)電流，從而在 H 橋中產(chǎn)生具有低電流峰值的方波。使用 LC 濾波器的另一個優(yōu)點是效率高 [1]。LC濾波器的波形如圖3所示。?

圖 1：帶有 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

當(dāng)關(guān)閉開關(guān)設(shè)備時，開關(guān)損耗最為突出[1]。與相同水平的直流輸出電流下的三角波形相比，較高值下 50% 的 IGBT 損耗發(fā)生，這一切都是因為三角波形中的電流峰值較高。例如，損耗是以 10kHz 開關(guān)頻率的 IGBT 技術(shù)的 1200V 為基礎(chǔ)計算的。如果緩沖整流器設(shè)計不當(dāng)，則可以在 IGBT 損耗中檢測到部分偏移。

整流緩沖電路的設(shè)計

隨著大量損耗的消耗，整流器緩沖器開始出現(xiàn)問題 [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，因此整個過程會降低效率，并且增加了對大型元件的需求 [1]。在這一點上，除了 SiC 二極管之外別無他法。

碳化硅肖特基二極管的優(yōu)點

與 SiC 器件相關(guān)的一些顯著優(yōu)勢包括：

有降低開關(guān)損耗的趨勢。

不存在反向恢復(fù)電荷。

結(jié)電容處有少量電荷，但不大于普通 Si PN 結(jié)處的 Qrr。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包中的簡單和現(xiàn)成的可用性。

兩種尺寸相似的整流模塊的理論比較

這是相同尺寸的 Si 和 SiC 模塊的比較。電壓設(shè)置為 600V，緩沖電容器的值已選擇為最佳值，以最大限度地減少電壓過沖 [1]。

圖 4：Si 和 SiC 模塊之間的比較

硅二極管案例研究

500W 功率耗散在 50kW DC-DC 轉(zhuǎn)換器的緩沖電路中，頻率為 10kHz，這意味著輸出區(qū)域總功率的 1% 僅耗散在緩沖部分。系統(tǒng)。盡管開關(guān)頻率為 40kHz，但可以在緩沖器功耗中觀察到 SiC 整流二極管的減少至 15W。它的優(yōu)點是效率高，允許使用更小的組件，并且不會導(dǎo)致任何增加的熱量水平，因此最終將處理較少的熱量。

圖 5：帶有 SiC 整流二極管的轉(zhuǎn)換器原型

結(jié)論

本文提供了有關(guān) SiC 肖特基二極管、它們的優(yōu)勢、Si 和 SiC 二極管之間的比較以及深入了解該概念的詳細案例研究的方便、簡短但信息豐富的知識。碳化硅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具有降低整流電路中緩沖器損耗的功效，從而降低開關(guān)損耗。此外，已經(jīng)觀察到緩沖器組件的成本和尺寸有很大的降低。SiC 器件實際上很昂貴，因此建議限制這些器件的使用，并與其他一些最佳可用選項交替使用，以便從中獲得顯著優(yōu)勢。所有數(shù)據(jù)均來自真實來源。

　　審核編輯：湯梓紅