苏州锴威特半导体股份有限公司

应用指南 | 国产替代！锴威特重磅推出充电桩SiC器件+电源管理芯片系统解决方案

发布日期：2025-07-09

一直以来，续航低、充电慢是困扰新能源车的难题，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，为缩减充电时间和提升续航里程，近年来，提升汽车电池电压平台成为主要解决方案。从2019年第一款800V高压架构的车型的发布到现在，800V高压平台逐渐成为纯电动汽车标配。

图1：新能源汽车充电

图2：超充桩未来预计需求数量图

在充电设施方面，随着新能源车的快速普及，充电桩的需求也逐年提高，如图2所示。超级充电站作为新能源汽车充电基础设施的重要组成部分，正逐步成为推动绿色出行、促进能源转型的关键力量。目前单桩功率已逐步从前几年的120kW以下向160-480kW及更大功率快充桩、超充堆方向发展。

充电模块的体积主要受磁性元件体积，滤波电容数量以及散热系统影响。减小磁性器件体积，减少滤波电容数量的有效措施是提升工作频率以及采用磁集成技术。而传统硅基IGBT，超结MOSFET等器件受本身开关特性影响，开关损耗高，难以提升开关频率。

碳化硅（SiC）相比Si器件有如下优势：

禁带宽度是硅（Si）的3倍，击穿电场强度是硅的10倍，可以应用更高电压场合。
饱和电子漂移率是硅的2倍，漂移层厚度比Si大幅降低（约为硅的1/10），可以实现更小寄生电容，更小导通电阻，相对硅基MOS有更小的导通损耗和开关损耗。
碳化硅高温下漏电流更低，内阻变化率大大小于硅器件，可在高温度更稳定工作。
SiC的热导率是硅的3倍，散热效率更高，允许器件在高频开关下仍能保持较低结温。

基于以上特性，在主流高功率，宽范围输出，高效率，高功率密度充电模块产品上，碳化硅几乎是必选项。通过SiC MOSFET替代IGBT和硅基器件,可在在电能变换模块成本上升不大的情况下，效率由传统的95%提升到97%以上，功率密度达到60W/in^3, 将大幅度降低充电及储能系统的运营成本。

图3：大功率一体式直流充电桩

常见充电桩系统

✦

常见的充电桩如下图4所示，三相交流电通过AC-DC模块整流成直流，再通过DC-DC充电模块给电池包充电。常见的电池包有400V系统和800V系统。锴威特在AC-DC，DC-DC模块均可提供高可靠性SiC MOS和SiC 二极管功率器件，同时可配套提供隔离驱动以及辅助电源全国产化解决方案。

图4：充电模块整体框图

AC-DC模块

Vienna（T-NPC） PFC碳化硅方案

AC-DC模块中常用维也纳PFC拓扑，如图5所示。其中整流管常用1200V/40A 系列SiC SBD，横管用650V/30mΩ SiC MOSFET，峰值效率在800V母线可达98.56%，PF值达0.99。

图5：Vienna PFC拓扑图

方案特点

开关管的额定电压为600V或650V。二极管额定电压为1200V
三电平配置降低了总谐波失真（THD）和开关上的电压应力
易于控制，每相只需一个驱动信号即可驱动背靠背开关，无直通风险
单相运行

三相半桥PWM整流PFC碳化硅方案

该AC-DC方案整流管可直接采用1200V/28mΩ 系列SiC MOS，直接实现PWM整流功能。电路更简洁，缺点是需要用更多1200V的高压SiC MOS管。

图6：三相半桥PWM整流PFC拓扑图

方案特点

无桥接导通损耗
电路简单，易于控制，元件少
两电平，开关需要耐受全母线电压和尖峰电压
更适合使用宽禁带器件
可通过高频减小电感器尺寸
支持双向转换

DC-DC模块

三相Y型交错LLC

为了实现较大功率，可用如图7所示的三相LLC并联方案，可并联输出也可多路输出。LLC输入半桥可采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。

图7：三相Y型交错LLC拓扑

方案特点

频率调制，谐振转换器实现软开关以提高效率
初级侧零电压开关（ZVS），次级侧零电流开关（ZCS）
输出串并联以实现宽范围恒功率输出
三相Y型交错减小输出纹波电流，减小输出滤波电容体积
仅单向运行

CLLC双向谐振方案

CLLC本质是将LLC的谐振腔做对称处理，在功率需要反向流动时，也可以利用LLC的谐振原理实现软开关。两侧推荐采用1200V 25mΩ/10mΩ碳化硅MOSFET。

图8：三相交错CLLC拓扑

方案特点

在 LLC 的基础上，整流侧二极管替换为SiC MOS并增加电容器电感以实现双向转换，谐振电感可集成在变压器中
全范围软开关，以实现双向高效率，峰值效率高于98%
三相Y型交错以减小输出纹波电流，减小输出滤波电容体积。
可应用于OBC与充电桩

辅助电源（AUX）模块

在充电桩辅助电源方面，锴威特推出全国产化120W双管反激辅助电源方案，如图9所示。其中主功率管可采用900V平面MOSFET—CS4N90F，钳位二极管可采用1200V SBD，副边MOS可采用400V/0.13Ω平面MOSFET—CS26N40FP。反激控制器可采用锴威特电源管理芯片CSV3521，启动电流不高于25uA；变压器驱动芯片可采用CSV5010，具备10A峰值驱动电流能力；副边可用锴威特同步整流芯片CSV2812，漏极检查点耐压高达300V 。