隨著全球能源結構的轉變和環保意識的提升，電動汽車、混合動力汽車等新能源汽車在全球范圍內得到了廣泛的推廣和應用。作為新能源汽車的“加油站”，充電樁不僅是連接電網和電動汽車的橋梁，也是實現智能電網、促進可再生能源利用、推動城市交通電氣化轉型的重要基礎設施。中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟的數據顯示，2023年1-11月，充電基礎設施增量達到305.4萬臺，樁車增量比為1:2.7，充電基礎設施建設正逐步跟上新能源汽車的增長步伐。

技術創新正成為充電樁行業快速發展的關鍵驅動力，為滿足不同場景下的充電需求，本文將介紹三種主流不同功率段的電動汽車充電方式，并探討安森美(onsemi)所提供的具體解決方案參考。

一、交流充電

交流充電是目前市面上最常見的充電方式，通常使用家用電源插座或專用的交流充電樁進行。這種充電方式的功率范圍從3.3kW(單相)到22kW(三相)，適合家庭和辦公場所使用，其優點是設備簡單、成本較低，但充電時間較長，例如80kWh的電池可能需要12小時才能充滿。

在交流充電中，作為電動汽車與公共電網之間的接口，車載充電機(OBC)安裝在電動汽車內部，能夠將來自電網的交流電轉換為電動汽車高壓電池所需的直流電，以滿足電動汽車動力電池的充電需求。同時，它還能將動力電池的直流電逆變為交流電，反饋到電網中，實現電動汽車動力電池和電網之間的能量轉換。

OBC典型框圖

OBC主要包含EMI濾波器、功率因數校正(PFC)級和包含獨立初級與次級部分的隔離式DC-DC轉換器三個模塊，通常采用有橋Single Boost或全橋/半橋LLC拓撲，以實現高效的功率轉換和穩定的輸出。目前的設計趨勢是向更高的功率等級和電壓方向演進，設計支持各種電壓和功率等級，例如在支持11kW至22kW功率的同時，還需支持高達800V的更高電池電壓。

安森美作為大功率汽車應用領域成熟的電源模塊供應商，從650V-1200V的碳化硅MOSFET以及APM16/32系列汽車功率模塊等，持續為客戶供應相應產品。例如APM16系列采用硅超級結MOSFET和硅或碳化硅二極管技術的組合，能夠支持400V DC電池系統，為PFC級、原邊DCDC級以及副邊整流邊提供了多種解決方案。而APM32系列集成了1200V碳化硅器件，可用于800V電池系統和更大功率的OBC。

二、直流充電裝置(DC Wallbox)

DC Wallbox 或DC充電模塊是一種直流充電設備，通常被設計為安裝在墻壁上的小型充電裝置，提供了比交流充電更快的充電速度，這種充電方式的功率范圍可以從6.6kW(單相)到75kW(三相)，在2小時內為80kWh的電池充滿電，并且充電設備通常體積較小，重量適中，價格中等，適合公共停車場和商業充電站。

以直流方式進行充電時，同樣需要電動汽車充電器(EVC)，但通常并未集成到電動汽車內部，因此其設計重點在于提供高效的電能轉換和快速的充電能力，同時也需要考慮與電網的兼容性和充電安全性。典型的直流EVC可能采用三相Vienna/T-NPC PFC拓撲或三相全橋PFC拓撲，以及三電平全橋LLC或I-NPC的隔離型DC-DC轉換器，以實現高效率和低EMI。

DC充電典型框圖

此前安森美分享了基于碳化硅功率集成模塊的25 kW快速直流充電樁完整方案參考設計，由PFC和DC-DC級組成，具有多個1200V、10 mohm半橋SiC模塊NXH010P120MNF1，超低RDS(ON)和最小化寄生電感，可顯著降低導通損耗和開關損耗，同時集成了隔離式大電流、高效率柵極驅動器 NCD57000。依靠強大的通用控制器板(UCB)，以及Zynq-7000 SoC FPGA和基于ARM的處理器，該系統可在200V-1000V輸出電壓下提供最大25kW的功率，并以96%的全局效率為400V或800V電動汽車電池充電。此外，除了采用功率集成模塊外，設備方案商也通常在充電樁中使用類似22/30/40 mohm的TO247-4封裝SiC分立器件進行設計。

三、直流快充樁

快速直流充電站(DCFC)是為電動汽車提供最快速充電的解決方案，功率可達30kW至600kW，這種充電方式可以在15分鐘內為80kWh的電池充滿電，適合高速公路服務區和大型充電站。快速直流充電站體積大，可以通過并聯多個充電模塊以獲得更高輸出能力，同時多輸出可兼容交流充電，價格較高但提供了極大的便利性。

要實現更快的充電、適配更高的電動汽車電池電壓并提高整體功率效率，直流快充樁必須在更高的電壓和功率水平下運行，同時由于直流快充樁集成了各種元器件，包括輔助電源、傳感、電源管理、連接和通信器件，需要采?靈活的制造?法以滿?各種電動汽?不斷變化的充電需求，給OEM制造商帶來的挑戰是必須設計一種能在不影響可靠性或安全性的情況下優化效率的架構。

為助力客戶電動汽車直流超快速充電樁設計，安森美不久前推出了九款全新EliteSiC功率集成模塊，通過減少寄生參數和提高散熱能力，基于碳化硅的解決方案將具備更高的效率和更簡單的冷卻機制，實現更快的開關速度和更低的系統損耗，顯著降低系統成本。與傳統的硅基IGBT解決方案相比，尺寸最多可減小40%，重量最多可減輕52%。這更緊湊、更輕的充電平臺，將為設計人員提供快速部署可靠、高效和可擴展的直流快充網絡所需的所有關鍵構建模塊，實現在短短15分鐘內將電動汽車電池充電至80%。

該系列PIM采用第三代M3S SiC MOSFET技術，提供超低的開關損耗和超高的效率，同時支持多電平T型中性點鉗位(TNPC)、半橋和全橋等關鍵拓撲，支持25kW至100kW的可擴展輸出功率段，采用行業標準F1和F2封裝，可選擇預涂熱界面材料(TIM)和壓接引腳，能夠實現最佳熱管理，避免因過熱導致的系統故障。

隨著電動汽車市場的不斷擴大，充電設施的建設和技術進步變得至關重要，安森美提供的一系列解決方案從家用AC充電到公共的DC快速充電站，都體現了其在電動汽車充電技術領域領先的專業能力，不僅推動了電動汽車充電效率的提升，也為全球的綠色出行貢獻了力量。