對于要求苛刻的消費類電動汽車市場，基于最新寬帶隙半導體的快速直流充電系統(tǒng)正在成為首選方式。

在為電動汽車充電時，有幾種方法可用。目前正在部署高速公路和城市充電站，但在家充電是主要的市場趨勢。大多數(shù)單獨的乘用車保持停放過夜，使家庭充電更容易，而且通常比在其他地方充電更便宜。

電動汽車 （EV） 的采用曲線不斷向好的方向發(fā)展，因為先進的電力電子設(shè)備和轉(zhuǎn)換拓撲改善了電動汽車的性能，從而解決了行駛里程焦慮和電池壽命問題。這些改進的 EV 電源管理和電機控制電子設(shè)備主要歸功于下一代寬帶隙 （WBG） 半導體的出現(xiàn)，因為它們促成了高效先進電源系統(tǒng)的創(chuàng)建。

這些相同的 WBG 半導體也在各個層面為電動汽車充電行業(yè)注入活力（雙關(guān)語）。隨著消費者的擔憂從里程焦慮轉(zhuǎn)移到充電速度，基于 WBG 的充電系統(tǒng)現(xiàn)在正在市場上部署，以滿足家庭電動汽車快速充電的需求。這些下一代電動汽車充電器在電動汽車采用率和范圍方面發(fā)揮著重要作用。

向前沖鋒

最流行的基于 WBG 的壁式充電器類型被稱為模式 3（2 級）系統(tǒng)，可提供高達 50 千瓦的功率，比基于傳統(tǒng)技術(shù)的早期 1 級系統(tǒng)的輸出功率高得多?；谥绷鞯某潆娖?，也稱為 3 級或直流快速充電 （DCFC） 系統(tǒng)，工作功率從 25 千瓦到超過 350 千瓦，顯著減少了信息亭和其他公共場所的充電時間。

充電站

在 15 分鐘內(nèi)，一個 150 kW 的直流充電器可以在 EV 上行駛 200 公里，使用當今市場上最好的直流快速充電器，許多人可以在一小時內(nèi)獲得 80% 的電量。家用直流快速充電系統(tǒng)正在成為不斷增長的電動交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。在開發(fā)面向消費者的資本貨物時，壽命和可靠性與購買決策中的成本效益競爭。

所有能夠以具有成本效益的方式提高功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率、安全性和性能的做法只會提高接受度。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的三個方面包括測量電流、確保嚴格的功率因數(shù)校正、頻率管理和解決熱問題。每個都相互影響以影響系統(tǒng)的整體性能。

WBG 類型

WBG 半導體目前有兩種類型，氮化鎵 （GaN） 和碳化硅 （SiC）。每個都有其各自的優(yōu)勢，但兩者都創(chuàng)造出比基于硅的傳統(tǒng)晶體管性能更好的設(shè)備。有趣的是，GaN 非常適合中低功率應用，而 SiC 則適用于非常高的電壓和功率水平。

GaN 是一種壓電半導體，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的效率和開關(guān)頻率，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更好的性能，而且由于能夠減小所涉及的無源元件的尺寸，因此能夠減少解決方案的占位面積。SiC 可以更高效地在更高的溫度下運行，同時管理足夠高的電壓以應對最苛刻的 EV 系統(tǒng)。

在最新的家用和公共 EV 充電器中，GaN 更多地出現(xiàn)在控制電子設(shè)備中，而 SiC 更多地出現(xiàn)在功率轉(zhuǎn)換階段。這種分裂在中等功率水平上是模糊的，因為 GaN 和 SiC 都可以處理數(shù)百伏和數(shù)十安培的應用。這導致了升級板上所有相關(guān)組件以解決系統(tǒng)附加功能的壓力。

現(xiàn)在發(fā)生的事

在先進的基于 WBG 的電力系統(tǒng)中，準確、快速和智能的電流測量至關(guān)重要。除了確定功率輸出外，正確的電流測量還可以幫助管理熱性能，因為不良的熱管理具有破壞性且成本高昂。正確完成高級電流測量可以顯著提高基于 WBG 的高級電源電路的性能、安全性和成本效益。

大多數(shù)下一代充電器都在其性能范圍的邊緣被驅(qū)動，并且先進的電流測量提供了早期故障檢測和實時性能信息等?；?WBG 的電力系統(tǒng)需要指示超出范圍的電流狀況、過流狀況或其他性能損失，以預測和解決潛在的熱問題。

電力電子性能的危險以及系統(tǒng)熱問題的范圍從接地故障和短路到在極端功率水平和超出系統(tǒng)支持能力的負載條件下運行。先進充電系統(tǒng)中的電流傳感器部署在每個轉(zhuǎn)換器電路中，以執(zhí)行反饋控制回路功能的初始部分，該功能調(diào)節(jié)逆變器中電力系統(tǒng)的性能、效率和熱線性度，尤其是基于 WBG 半導體的逆變器。

對于這些電源系統(tǒng)中的電流感應，集成式感應解決方案是唯一真正的解決方案，因為它不僅提供所需的性能，而且與使用運算放大器和比較器的板組裝解決方案相比，還可以顯著節(jié)省空間。非集成實現(xiàn)的大小將根據(jù)所選的實際組件而有所不同，但它會大于單封裝解決方案。如果我們?yōu)檫@種類型的設(shè)備使用傳統(tǒng)的組件封裝尺寸，大約 2~3 毫米，這會導致解決方案的尺寸達到幾十毫米。

過電流檢測

根據(jù)定義，電流測量是防止電子系統(tǒng)損壞的過流和欠流保護的一個關(guān)鍵方面。在基于 WBG 的電力系統(tǒng)的速度、功率水平和始終開啟方面，傳統(tǒng)熔斷器在任何情況下都不再適用于這些先進的電力產(chǎn)品，除非是為了防止災難性故障。WBG 電源系統(tǒng)更高的開關(guān)速度和功率水平要求對先進電動汽車充電器的每個關(guān)鍵方面進行實時監(jiān)控。

除了在過流情況下切斷電源之外，使用保險絲進行保護并不能為您提供有關(guān)電源系統(tǒng)實際性能的任何信息。使用電流傳感器，可以針對任何給定應用優(yōu)化過電流檢測響應。整個系統(tǒng)的電路保護和安全性至關(guān)重要，Aceinna 等電流檢測解決方案非常適合過電流檢測，因為它們具有非?？斓捻憫痛箅娏鳒y量范圍。由于隔離，它們可用于電路的高端和低端。

與分流加隔離放大器解決方案相比，隔離等方面的集成以及 amr 傳感器和溫度校正降低了客戶設(shè)計的復雜性。此外，通過在高側(cè)使用 Aceinna 電流傳感器等設(shè)備，可以檢測到相電流的接地故障（可能是由于接線錯誤、老化等原因），從而可以保護整個系統(tǒng)。

電流傳感器

電能質(zhì)量對于高效運行至關(guān)重要，尤其是在這些先進的 WBG EV 充電器中，功率因數(shù)是其中很大一部分。有功功率與視在功率之比（例如低于 95% 的不良功率因數(shù)）會導致完成相同工作所需的電流更大。功率因數(shù)校正 （PFC） 提高了該比率和電能質(zhì)量，減少了電網(wǎng)壓力，提高了設(shè)備??能源效率，降低了電力成本，同時降低了不穩(wěn)定和系統(tǒng)故障的風險。

在負載附近產(chǎn)生與電池充電器等負載吸收的能量相反的無功能量，提高了功率因數(shù)，并在負載點應用理想補償，實時達到所需水平。在低壓側(cè)的 PFC 設(shè)備上使用電流傳感器可提高可用功率。

在諧波失真方面，AC/DC逆變器前端需要PFC，并且大多數(shù)時候AC/DC前端模塊的初級和次級之間需要隔離，Aceinna的電流傳感器不僅簡化了整體系統(tǒng)設(shè)計，但降低了實施成本。

開關(guān)頻率

在基于 WBG 的電源系統(tǒng)中，尤其是基于 GaN 的電源系統(tǒng)中，電源電路中的開關(guān)頻率已顯著提高，這就要求磁性器件和無源器件具有更高的性能。先進的電流感應解決了對系統(tǒng)中更好組件的需求。此外，提高穩(wěn)壓器頻率可降低電源電路的尺寸和電路板尺寸要求。然而，隨著頻率的增加，開關(guān)損耗也會增加，這主要是由于開啟期間的高邊損耗以及體二極管傳導損耗。

需要在先進的 WBG 快速開關(guān)電路中進行電流測量，以實時跟蹤電流，以實現(xiàn)盡可能高的效率。人工智能和機器學習也需要智能電流測量，以創(chuàng)建控制算法以獲得更好的性能。由于其高相位裕度，Aceinna 的高精度和高帶寬電流解決方案提高了系統(tǒng)效率，同時簡化了電流控制設(shè)計。

向前行駛

快速充電系統(tǒng)市場需要基于最新 WBG 設(shè)備和電路拓撲的先進、高效且具有成本效益的充電解決方案，以加速 EV 的采用和市場可行性。使用最新電源系統(tǒng)進行家庭快速充電是更可取的電動汽車充電形式之一，使用先進的電流感應來優(yōu)化此類基于 WBG 的系統(tǒng)將確保產(chǎn)品在電動汽車充電市場上取得成功。

Michael DiGangi已被任命為執(zhí)行副總裁，負責 ACEINNA 的全球銷售工作。他帶來了超過 26 年的功率和模擬 IC 半導體銷售、業(yè)務開發(fā)和營銷經(jīng)驗，這些經(jīng)驗跨越了許多大型公司和初創(chuàng)企業(yè)。