[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于碳化硅MOSFET的充電模組

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710153088.4
• 申請(qǐng)日: 2017-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106849296A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志君;黃波;李志雨;田遠(yuǎn);董兆雯;蔡阿利;顏繁龍;李波;高鑫;許洪東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 泰科天潤(rùn)半導(dǎo)體科技(北京)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/02
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/02;H02M7/219;H02M3/335;H02M1/088
• 代理公司: 福州市鼓樓區(qū)京華專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)35212
• 代理人: 宋連梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于碳化硅MOSFET的充電模組。

背景技術(shù)

充電樁其功能類(lèi)似于加油站里面的加油機(jī)，可以固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑(公共樓宇、商場(chǎng)、公共停車(chē)場(chǎng)等)、居民小區(qū)停車(chē)場(chǎng)或充電站內(nèi)，可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)為各種型號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)充電。充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭用于為電動(dòng)汽車(chē)充電。充電樁一般提供常規(guī)充電(交流樁)和快速充電(直流樁)兩種充電方式，用戶(hù)可以使用特定的充電卡在充電樁提供的人機(jī)交互操作界面上刷卡使用，進(jìn)行相應(yīng)的充電方式、充電時(shí)間、費(fèi)用數(shù)據(jù)打印等操作，充電樁顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。

直流充電樁主要由直流充電模組、刷卡計(jì)費(fèi)單元、電表、通信模塊、輸入開(kāi)關(guān)、浪涌保護(hù)器、絕緣監(jiān)測(cè)模塊等組成。非車(chē)載直流充電模組是電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁的核心組件，通過(guò)將380VAC交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電源，給電動(dòng)汽車(chē)電池充電。

目前直流充電模組主要采用硅基功率器件，如硅基IGBT、CMOS等，受硅基功率器件開(kāi)關(guān)頻率、耐壓及結(jié)溫等關(guān)鍵參數(shù)的限制，在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用前級(jí)維也納加后級(jí)多電平LLC變換器方式。普遍存在溫度特性差(環(huán)境溫度50℃開(kāi)始降額輸出)、電能轉(zhuǎn)換效率低(94％)及功率密度較低等問(wèn)題，直接導(dǎo)致直流充電樁的工作可靠性降低，尤其在夏季高溫時(shí)因環(huán)境溫度較高所導(dǎo)致的充電樁故障率居高不下，直接影響了充電樁的推廣及后期的運(yùn)營(yíng)成本；

1.由于主功率器件采用硅器件，器件的結(jié)溫較低的特性限制了功率模塊的最高工作環(huán)境溫度；在環(huán)境溫度50℃時(shí)即開(kāi)始降額輸出，在環(huán)境溫度65℃時(shí)關(guān)機(jī)保護(hù)；

2.由于傳統(tǒng)硅器件額結(jié)溫只能到150℃，而且相對(duì)而言熱導(dǎo)率較低；在高溫，尤其在夏季高溫狀態(tài)下，極易因過(guò)熱導(dǎo)致功率器件損壞從而引發(fā)模塊故障，大大降低了充電樁的運(yùn)營(yíng)可靠性；

3.受限于傳統(tǒng)硅器件的工作頻率及較低的耐壓等級(jí)，在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上一般只能基于COMS的多電平變換器，或基于IGBT的兩電平全橋變換器；受限于器件的開(kāi)關(guān)頻率及電壓等級(jí)的限制，模塊的最大功率只能做到15kW，進(jìn)一步提升功率容量需要通過(guò)并聯(lián)更多的功率器件，容易導(dǎo)致器件開(kāi)關(guān)時(shí)間不一致影響器件壽命甚至燒毀器件的問(wèn)題；同時(shí)，因?yàn)楣ぷ黝l率較低，相應(yīng)的模塊內(nèi)部濾波電感、電容、及變壓器等的體積及重量較大，限制了模塊功率密度的提升。

而隨著電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的增加及用戶(hù)對(duì)縮短充電時(shí)間的需求，直流充電樁的功率將進(jìn)一步提升；需要通過(guò)并聯(lián)模塊的方式提升直流充電樁的輸出功率；但充電模塊并聯(lián)數(shù)量過(guò)多將導(dǎo)致整樁數(shù)據(jù)通信速率的降低，通信故障概率的提升等一系列問(wèn)題，影響整樁可靠性的提升；若采用碳化硅的方案去設(shè)計(jì)充電模組，可利用碳化硅高頻的優(yōu)勢(shì)，提高模組的開(kāi)關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化的設(shè)計(jì)；此外，采用碳化硅功率器件，其工作溫度要比硅功率器件的工作溫度高，可使整機(jī)實(shí)現(xiàn)更高的工作溫度，提高了充電模組的可靠性。

由于碳化硅功率MOSFET由于材料的差異和應(yīng)用要求也導(dǎo)致其對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求與傳統(tǒng)硅功率MOSFET及IGBT存在一定的不同之處，具體包括碳化硅功率MOSFET需要更高驅(qū)動(dòng)電壓以獲得較低的導(dǎo)通電阻，關(guān)斷時(shí)需要加入一定的負(fù)壓以防止器件發(fā)生誤導(dǎo)通，減小驅(qū)動(dòng)回路的寄生參數(shù)和增大驅(qū)動(dòng)電流能力以獲得功率開(kāi)關(guān)管高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作、抑制碳化硅功率MOSFET在橋式電路中的串?dāng)_問(wèn)題等，這些都對(duì)碳化硅功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路提出了更高的要求。若直接沿用現(xiàn)有硅功率MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)方案，很容易造成碳化硅MOSFET的失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種基于碳化硅MOSFET的充電模組，降低成本。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于碳化硅MOSFET的充電模組，包括AC/DC電路、DC/DC電路以及控制器；所述控制器連接至所述AC/DC電路以及DC/DC電路，所述控制器對(duì)DC/DC電路的輸出電壓進(jìn)行采樣；所述AC/DC電路以及DC/DC電路中的晶體管為碳化硅MOSFET；

所述控制器根據(jù)DC/DC電路的輸出電壓控制AC/DC電路的母線電壓處于650V至850V。

進(jìn)一步地，所述充電模組還包括復(fù)數(shù)個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，所述控制器通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)AC/DC電路以及DC/DC電路。

進(jìn)一步地，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊，所述隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊依次連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊的正驅(qū)動(dòng)電壓為18V至22V，所述驅(qū)動(dòng)模塊的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-2.5V至-4.5V。

進(jìn)一步地，所述電阻模塊的開(kāi)通電阻為2歐姆至8歐姆。