一种基于碳化硅MOSFET的充电模组制造技术

本发明专利技术提供了一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，包括AC/DC电路、DC/DC电路以及控制器；所述控制器连接至所述AC/DC电路以及DC/DC电路，所述控制器对DC/DC电路的输出电压进行采样；所述AC/DC电路以及DC/DC电路中的晶体管为碳化硅MOSFET；所述控制器根据DC/DC电路的输出电压控制AC/DC电路的母线电压处于650V至850V；提高充电桩工作效率，并降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅MOSFET的充电模组
本专利技术涉及一种基于碳化硅MOSFET的充电模组。
技术介绍
充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)、居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电(交流桩)和快速充电(直流桩)两种充电方式，用户可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。直流充电桩主要由直流充电模组、刷卡计费单元、电表、通信模块、输入开关、浪涌保护器、绝缘监测模块等组成。非车载直流充电模组是电动汽车直流充电桩的核心组件，通过将380VAC交流电转换成稳定的直流电源，给电动汽车电池充电。目前直流充电模组主要采用硅基功率器件，如硅基IGBT、CMOS等，受硅基功率器件开关频率、耐压及结温等关键参数的限制，在电路拓扑结构一般采用前级维也纳加后级多电平LLC变换器方式。普遍存在温度特性差(环境温度50℃开始降额输出)、电能转换效率低(94％)及功率密度较低等问题，直接导致直流充电桩的工作可靠性降低，尤其在夏季高温时因环境温度较高所导致的充电桩故障率居高不下，直接影响了充电桩的推广及后期的运营成本；1.由于主功率器件采用硅器件，器件的结温较低的特性限制了功率模块的最高工作环境温度；在环境温度50℃时即开始降额输出，在环境温度65℃时关机保护；2.由于传统硅器件额结温只能到150℃，而且相对而言热导率较低；在高温，尤其在夏季高温状态下，极易因过热导致功率器件损坏从而引发模块故障，大大降低了充电桩的运营可靠性；3.受限于传统硅器件的工作频率及较低的耐压等级，在电路拓扑结构上一般只能基于COMS的多电平变换器，或基于IGBT的两电平全桥变换器；受限于器件的开关频率及电压等级的限制，模块的最大功率只能做到15kW，进一步提升功率容量需要通过并联更多的功率器件，容易导致器件开关时间不一致影响器件寿命甚至烧毁器件的问题；同时，因为工作频率较低，相应的模块内部滤波电感、电容、及变压器等的体积及重量较大，限制了模块功率密度的提升。而随着电动汽车续航里程的增加及用户对缩短充电时间的需求，直流充电桩的功率将进一步提升；需要通过并联模块的方式提升直流充电桩的输出功率；但充电模块并联数量过多将导致整桩数据通信速率的降低，通信故障概率的提升等一系列问题，影响整桩可靠性的提升；若采用碳化硅的方案去设计充电模组，可利用碳化硅高频的优势，提高模组的开关频率，从而实现小型化和轻量化的设计；此外，采用碳化硅功率器件，其工作温度要比硅功率器件的工作温度高，可使整机实现更高的工作温度，提高了充电模组的可靠性。由于碳化硅功率MOSFET由于材料的差异和应用要求也导致其对驱动电路的要求与传统硅功率MOSFET及IGBT存在一定的不同之处，具体包括碳化硅功率MOSFET需要更高驱动电压以获得较低的导通电阻，关断时需要加入一定的负压以防止器件发生误导通，减小驱动回路的寄生参数和增大驱动电流能力以获得功率开关管高频开关动作、抑制碳化硅功率MOSFET在桥式电路中的串扰问题等，这些都对碳化硅功率MOSFET的驱动电路提出了更高的要求。若直接沿用现有硅功率MOSFET及IGBT的驱动方案，很容易造成碳化硅MOSFET的失效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，降低成本。本专利技术是这样实现的：一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，包括AC/DC电路、DC/DC电路以及控制器；所述控制器连接至所述AC/DC电路以及DC/DC电路，所述控制器对DC/DC电路的输出电压进行采样；所述AC/DC电路以及DC/DC电路中的晶体管为碳化硅MOSFET；所述控制器根据DC/DC电路的输出电压控制AC/DC电路的母线电压处于650V至850V。进一步地，所述充电模组还包括复数个驱动电路，所述控制器通过所述驱动电路用于驱动AC/DC电路以及DC/DC电路。进一步地，每个驱动电路包括隔离模块、驱动模块以及电阻模块，所述隔离模块、驱动模块以及电阻模块依次连接，所述驱动模块的正驱动电压为18V至22V，所述驱动模块的负驱动电压为-2.5V至-4.5V。进一步地，所述电阻模块的开通电阻为2欧姆至8欧姆。进一步地，所述电阻模块的关断电阻小于或等于开通电阻。进一步地，所述隔离模块的CMTI大于或等于25kV/us。进一步地，所述AC/DC电路为PWM电路，其中PWM电路中的晶体管为碳化硅MOSFET。进一步地，所述DC/DC电路为LLC谐振变换电路，其中LLC谐振变换电路中的晶体管为碳化硅MOSFET。本专利技术的优点在于：本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的有点如下：1、主要功率器件全部采用碳化硅，并对其他无源器件进行优化，使得系统在环境温度65℃条件下仍可满足满负荷长期稳定输出；可以解决高温尤其是夏季充电难的问题；2、主要功率器件均工作于软开关工作状态，且采用前后级闭环控制策略，充电模块的电能转换效率满载可达96％以上，在减低充电电能损耗的同时，因自身发热降低，主要的电气部件均能工作在一个较低的温度范围内，大大提升了充电模块的系统稳定性和可靠性；3、充分利用碳化硅功率器件相对较高的耐压及负的温度系数，通过电路拓扑结构的优化，可实现单模块30kW大功率输出，易于功率容量的扩展，以满足用户对缩短充电时间的需求；4、通过采用全碳化硅功率器件，系统的工作频率大大提升，相对应系统中所采用的滤波电感、滤波电容、变压器等材料的依赖程度大大降低，使得系统的综合成本得到大幅优化；比传统的采用硅功率器件相比较，不但体积重量可降低30％以上，同时还具备一定的成本优势。有利于产品的市场推广；5、驱动电路能够提高碳化硅功率MOSFET的开关速度，减小开关损耗，进而提开关电源工作的开关频率，同时防止了寄生参数引起的碳化硅功率MOSFET误动作，提高了碳化硅功率MOSFET工作的可靠性，尤其是能够充分满足碳化硅MOS管的驱动要求，最大程度发挥其性能的优势。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的原理图。图2是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的PWM整流电路的原理图。图3是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的LLC谐振电路的原理图。图4是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的LLC谐振电路的充电单元并联方式原理图。图5是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的原理图。图6是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的驱动模块电路图一。图7是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的驱动模块电路图二。图8是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的电阻模块实施例一。图9是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的电阻模块实施例二。图10是本专利技术一种基于碳化硅MOSFET的充电模组的驱动电路的电阻模块实施例三。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，其特征在于：包括AC/DC电路、DC/DC电路以及控制器；所述控制器连接至所述AC/DC电路以及DC/DC电路，所述控制器对DC/DC电路的输出电压进行采样；所述AC/DC电路以及DC/DC电路中的晶体管为碳化硅MOSFET；所述控制器根据DC/DC电路的输出电压控制AC/DC电路的母线电压处于650V至850V。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，其特征在于：包括AC/DC电路、DC/DC电路以及控制器；所述控制器连接至所述AC/DC电路以及DC/DC电路，所述控制器对DC/DC电路的输出电压进行采样；所述AC/DC电路以及DC/DC电路中的晶体管为碳化硅MOSFET；所述控制器根据DC/DC电路的输出电压控制AC/DC电路的母线电压处于650V至850V。2.如权利要求1所述的一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，其特征在于：所述充电模组还包括复数个驱动电路，所述控制器通过所述驱动电路用于驱动AC/DC电路以及DC/DC电路。3.如权利要求2所述的一种基于碳化硅MOSFET的充电模组，其特征在于：每个驱动电路包括隔离模块、驱动模块以及电阻模块，所述隔离模块、驱动模块以及电阻模块依次连接，所述驱动模块的正驱动电压为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志君，黄波，李志雨，田远，董兆雯，蔡阿利，颜繁龙，李波，高鑫，许洪东，
申请(专利权)人：泰科天润半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11