SiC器件——优化大功率直流充电桩设计

充电模块是新能源汽车充电桩的核心零部件，约占充电桩总成本的50%；随着市场快充需求的不断增大，充电模块所需功率也随之不断提高。而提高充电桩输出功率的主要方式有：1）增加模块数量；2）提高模块的功率密度。但由于充电桩体积有限，选择提高充电模块功率密度是行业发展必然趋势。

碳化硅器件作为第三代功率半导体，非常适合充电桩模块的应用工况。作为高压、高速、大电流器件，SiC器件是实现高功率密度的主要材料，它简化了直流桩充电模块电路结构，提高单元功率品级，功率密度显著提高，这为降低充电桩的系统成本铺平了门路。同时它具有耐高温、耐高压、大功率、损耗低和高可靠性等优点，可提高能量转换效率并减小产品体积。

目前常用的为SiC MOSFET，它的高压特性在1200V到1700V电压区间具有很大的优势，采用SiC MOSFET的DC/DC电路，可以从原来的三电平优化为两电平LLC，这样可以大大简化拓扑电路，减少元器件的数量，控制和驱动更加简单。同时，基于SiC MOSFET的高频特性，可以提高LLC电路的开关频率，从而减少磁性器件的尺寸和成本。

图：碳化硅和硅材料的特性对比

与传统硅基器件相比，碳化硅模块可以做到更高的耐压等级和更高的热导率，能够增强充电桩的稳定性，使直流充电桩（DCFC）能够以更高的频率运行，增加了充电桩近30%的输出功率，并且减少损耗高达50%左右。碳化硅功率半导体器件的进步，也为充电桩电能转换带来巨大进步和技术突破。

目前，让汽车充电变得像加油站加油一样快是市场上的主流需求，充电桩向直流快充的发展，对功率器件提出了更高的要求。为了在800V高压下实现更高的效率，业界技术研究方向正转向SiC功率集成模块（PIM）。选择基于SiC的模块能降低总体布线要求，减小系统尺寸，并减轻重量。模块将多个功率器件集成在单个紧凑的封装中，简化了机械组装，优化了热管理，提高了可靠性，并减少了电压尖峰和高频EMI。使用SiC器件以更高频率运行，可以提高功率密度，提升效率，并减少需要管理的热量。此外，模块还针对使用极低热阻材料的热传递进行了优化。

总而言之，SiC功率集成模块正成为新能源充电行业的领跑者，让超充时代更快到来。