使用GaN HEMT設(shè)備最大化OBCs的功率密度

隨著電動汽車（EVs）的銷售量增長，整車OBC（車載充電器）的性能要求日益提高。原始設(shè)備制造商正在尋求最小化這些組件的尺寸和重量以提高車輛續(xù)航里程。因此，我們將探討如何設(shè)計(jì)、選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及如何通過GaN HEMT設(shè)備最大化OBCS的功率密度。

目前，使用硅設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)2 kW/L的功率密度。寬帶隙設(shè)備可能使其能夠?qū)崿F(xiàn)超過6 kW/L的功率密度，這將是3倍的提升。因此，將這個數(shù)字作為使用GaN HEMTs設(shè)計(jì)三相11 kW OBC的目標(biāo)功率密度是合理的方向。

OBC的挑戰(zhàn)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

設(shè)計(jì)高功率密度OBC的主要挑戰(zhàn)在于寬輸入和輸出電壓范圍的規(guī)定。全球的電網(wǎng)電壓各不相同，這對PFC整流器階段的設(shè)計(jì)增加了復(fù)雜性。而輸出電壓范圍取決于EV電池電壓，這對DC/DC階段也提出了挑戰(zhàn)。

平衡這些要求意味著在硬開關(guān)損耗或增加RMS電流之間做出選擇，但這兩種情況都不可取。此外，隨著越來越多的可再生能源電力開始向電網(wǎng)供電，聯(lián)網(wǎng)電動汽車提供的峰值功率動態(tài)調(diào)整被是穩(wěn)定電網(wǎng)的一種手段，也是OBC要滿足的需求，這進(jìn)一步使設(shè)計(jì)任務(wù)復(fù)雜化，因?yàn)镺BC現(xiàn)在還需要雙向功率處理。

OBC設(shè)計(jì)特性

通過在設(shè)計(jì)中引入三個關(guān)鍵特性，使得更高的功率密度成為可能。首先，使用操作在560 kHz的創(chuàng)新的1/3-PWM協(xié)同調(diào)制方案，使用DC-DC階段來控制DC-Link電壓，因此在AC/DC階段，一次只有三相中的一個在切換。其次，通過在輸入和輸出電壓范圍內(nèi)使用自由度的占空比、相位差和開關(guān)頻率，DABs可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS（零電壓開關(guān)）。最后，與硅和碳化硅設(shè)備相比，GaN GIT HEMT設(shè)備對于同樣的導(dǎo)通電阻來說，輸出電容較小，從而使全ZVS在較低電流級別就可以實(shí)現(xiàn)。

GaN HEMTs的優(yōu)勢

GaN HEMTs具有適合高頻率操作的固有特性，可以在硬開關(guān)和軟開關(guān)模式下操作。這使得它們能夠用于先進(jìn)的調(diào)制和控制方案，使設(shè)計(jì)在具有高功率密度的條件下，實(shí)現(xiàn)寬輸入和輸出電壓范圍。這些設(shè)備將使得實(shí)現(xiàn)EV的下一代OBC充電器所需的功率密度水平成為可能。