GAN，SIC SEMIS加改进电路设计燃油电源转换器|电子设计

EV电池充电站，逆变器和其他电源转换器的设计者开始利用氮化镓（GaN）和碳化硅（SIC）等较新的宽带隙（WBG）半导体，除了新的电路设计，如活性中性中心钳（ANPC）。他们在帮助促进效率并创造较小的产品。

SIC和GaN MOSFET在较高的电压和电流水平处提供快速切换。IGBT也广泛用于较高电压和电流水平。像ANPC等较新的设计允许允许转换器堆叠的模块化以提供所需的输出功率。除了EV电池充电器外，太阳能逆变器等其他应用可以通过采用这些新方法受益。

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什么是ANCP？

主动中性点钳位是广泛使用的半桥电路的改进版本，这是大多数电源电路设计的基础（图。1）。还开发了其他几种改进的变化，例如多级转换器和中性点钳位（NPC）。多级转换器每半桥腿有多个开关。

ANPC使用另一种布置，如图所示图2.。这是ANPC逆变器的基本构建块。半桥是明显的（Q3-Q6），而Q1和Q2形成夹具以接地或中性。打开Q1和Q2同时将输出夹紧到地面。其他操作包括接通Q3和Q6或接通Q1和Q4。这提供了三个输出水平：+ DC，-DC和地面。

所有MOSFET栅极通过栅极驱动电路接收从MCU控制器的输入。GaN和SiC栅极驱动要求和包装变化之间存在显着差异。可以通过编程栅极驱动脉冲来实现宽范围的输出波形以提高电源或以其他方式将其改变以适合当前需要或应用。

结合了多个逆变器图2.形成三相ANPC电源单元（图3）。德州仪器具有6.6千瓦，三相三级ANPC电源模块的完整参考设计用于逆变器和PFC输入阶段。

如何设计高效，强大，快速的EV充电器

所有这一最近的功率转换器设计活动的驱动力是需要定义和创建用于即将到来的电动车辆的充电站的全国性的充电站网络。由于他们的高价格，EVS并不是特别受欢迎，缺乏临界质量的充电站，以及漫长的充电时间。由于充电的地方缺乏，消费者担心焦虑。充电时间脱掉了。

EVS仅占整体汽车销售额的百分之几，但更多是在路上。意外的政府任务可能迫使该国更早地推动电动。

建立与我们的汽油站相当的充电站网络是一个巨大的挑战。有很多未知数。当前网格可以把握巨大的，虽然渐进，提高充电？

目前的条件决定了一些优先事项，如长的充电时间。标准的家用EV充电器可使用高达6.6千瓦，从8到17个小时内需要充满电。这对晚上使用的家用充电器来说还可以，但对于日常使用和长途旅行仅仅是不可接受的。

答案是直接进入可用的DC充电选项。该选项绕过车辆的板载充电器（OBC），并在600至1000-V范围内的水平充电。80％的充电通常需要大约30分钟，合理的时间。因此，这些是定义和构建充电设备和新网络的指导方针。

保守设计将要考虑一些未知数，并创造具有合理生活的设备。第一个是效率。幸运的是，几乎所有新的EV充电设备都是高效-90％或更多。个别物品几乎可以达到98-99％的水平。

为了实现效率程度，需要使用WBG半导体，如SiC MOSFET。较新的GaN设备也很好地工作。它们的损耗较少，速度减少，减少功率损耗。在高达100 kHz的频率下切换也允许使用较小的磁性元件和电容器。它们的成本更低，占用更少的空间，有助于降低设备尺寸。较新的设备还处理高达1500 V的电压和几十台安培中的电流。前面提到的参考设计达到了98.5％的峰值效率。

接下来是新电路设计，具有上述ANPC的最佳示例。双向转换器也是最新设计中的好处或必要性。另一个关键因素是该设备可扩展以处理更高的负载。一些新电路易于模块化创建可堆叠模块，提供相当的未来灵活性，许多其他拓扑可以选择。

建立一个充电网络

最佳的起始地点是评估主要电源 - 国家网格。实际上，美国中的几个网格被捆绑在一起以形成整体电源。它可以处理EV充电的额外负载吗？一个源指示当前网格可以管理今天的充电水平。但是，当EV的总数达到所有车辆的15％时，电网会感受到负载。

除此之外，还需要更新和扩展的网格。加州计划将所有汽油车辆逐步淘汰2035，因此它会觉得更新的压力更新。其他预测表明，基于2050年的EVS，需要大量投资，以占车辆总数的66％。有些公用事业公司希望他们可以向这种需求施加过多的风和太阳能，而是在目前的水平;不需要额外的能量。淘汰所有汽油车在某些地区都不是一个好主意。

同样，设计充电站设备是灵活的，最重要的高效。模块化可堆叠电路提供适应大多数需求的灵活性。其他因素依赖于诸如EV的类型和功率水平的变量混合的需求。AC和DC充电之间的混合是什么？