车载充电机OBC的技术方向与碳化硅应用方案
车载充电机（on-board charger，简称为obc）的基本功能是：电网电压经由地面交流充电桩、交流充电口，连接至车载充电机，给车载动力电池进行慢速充电。
对于新能源汽车普通消费者而言，主要关注两个体验：一个是驾乘体验，包括动力性、舒适性、娱乐性等；另外一个则是充电体验。
充电体验是个什么概念呢？结合obc的规格参数来说， 11kw的obc，意味着充满88kwh的电池（续航里程大概在650km-750km），需要8h。如果与充满一部手机或者加满一辆燃油车的时间来对比，这个时间无疑是漫长。但需要注意的是，11kwh的obc实际上已经算是功率较高的水平，满足日常需求完全没问题因此不断提高充电速率是obc的发展方向。
大致的了解了obc背景，接下来看一下obc内部设计。
obc由pfc（power factor correction：功率因数校正器） + 隔离dc-dc组成的ac-dc转换器。
obc在纯电动汽车(bev)、插电式混合动力汽车(phev)和潜在的燃料电池汽车(fcev)中都有所使用。这三种电动汽车(ev)统称为新能源汽车(nev)，但对系统级充电功能的要求各不相同
接受交流电输入并将其转换为直流电输出的核心功能，为高压电池组充电提供了适当的电压和电流。一般而言，这种功能由于只提供从电网到汽车的输电，因此是单向的。obc单元会根据整个电池的健康状况和电荷状态，改变电压和电流
常见的obc功率水平及pfc拓扑结构矩阵如下：
下图展示了 3.3 kw、6.6 kw、11 kw 和 22 kw obc 相关的典型车型、电池尺寸、从 0% 至 100% 的充电时间以及竞争性技术。
车载充电机一般为两级电路，前级为pfc（power factor correction）级，即功率因数校正环节，实现电网交流电压变为直流电压，且保证输入交流电流与输入交流电压同相位，根据实际设计功率需求的不同，可采用多级boost电路并联进行扩容；后级为dc/dc级，实现pfc级输出直流电压变为所需充电电压，实现恒流/恒压充电功能，并保证交流高压侧与直流高压侧的电气绝缘，同样地，根据实际设计功率需求的不同，可采用多级dc/dc电路并联进行扩容。另外，比较常见的dc/dc级电路拓扑有移相全桥和llc两种。
boost pfc
vienna pfc
llc
psfb
双向充电机在先天上就可以实现比单向设计更高的效率。单向dc/dc模块采用 vienna pfc 二极管，而单向 llc 谐振转换器可通过二极管桥完成输出整流。图 2 展示的是单相双向 obc 的典型框架 — 全桥整流器被低损耗 sic mosfet 所取代，从而消除整流二极管正向压降造成的损耗。这反过来可以降低功耗，从而简化热管理要求。
采用 si 超结技术的 si 基双向 obc 与 si 基 igbt 是 sic 双向 obc 的主要竞争技术。但是，本段内容将说明 sic 如何在所有相关方面（成本、尺寸、重量、功率密度、效率）超越这些技术。让我们从图 3 开始，这是 si 基和 sic 基 22 kw 双向 obc 的参考示意图，比较了功率器件和栅极驱动的数量。
下表列出了（第一个）ac/dc 图腾柱 pfc 级和（第二个） dc/dc 双向 cllc 谐振级的各自规格。从图表中可以明显看出，从 si 设计转到 sic 设计，功率器件和栅极驱动的数量都减少 30% 以上，开关频率提高一倍以上。这降低了功率转换系统的组件尺寸、重量和成本，同时提高运行效率。
下图进一步细分成本节约，将其分为 si 和 sic 系统的成本。si 系统比 sic 系统高出近 20% — 这主要是由于 dc/dc 模块中有相对大量的栅极驱动和磁性元件。尽管相比单个 si 基二极管和功率晶体管，分立式 sic 基功率器件的成本更高。但在系统中采用时，sic 器件的性能可减少所需元件的数量，从而降低电路元件成本以满足支持各种功率器件功能的要求。
下表对比了 6.6 kw 和 22 kw 双向 obc 的 si 和 sic 方案的成本、功率密度、运行节约和co2 减排。obc 的功率越高，所带来的节约也就越多。6.6 kw 和 22 kw 双向 sic 基 obc 的物料清单 bom 成本更低，最终可为 oem 厂商带来系统成本的降低。再加上运行节约以及由 sic 所推动的 co2 减排，转嫁到消费者身上的成本也将减少，进而缩小了与内燃机解决方案的价格差距，并为co2 减排做出贡献。
支持使用obc的电动汽车架构 (bev、phev和fcev)在2021年约占电动汽车总销量的46%，到2026年则将占电动汽车总销量的57%。obc 5年的复合年增长率(cagr)预计为25.6%，2026年的数量估计为2140万台(根据strategy analytics 2020年的数据)
ray zhang 张阳明
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大致的了解了obc背景，接下来看一下obc内部设计。
obc由pfc（power factor correction：功率因数校正器） + 隔离dc-dc组成的ac-dc转换器。
obc在纯电动汽车(bev)、插电式混合动力汽车(phev)和潜在的燃料电池汽车(fcev)中都有所使用。这三种电动汽车(ev)统称为新能源汽车(nev)，但对系统级充电功能的要求各不相同
接受交流电输入并将其转换为直流电输出的核心功能，为高压电池组充电提供了适当的电压和电流。一般而言，这种功能由于只提供从电网到汽车的输电，因此是单向的。obc单元会根据整个电池的健康状况和电荷状态，改变电压和电流
常见的obc功率水平及pfc拓扑结构矩阵如下：
下图展示了 3.3 kw、6.6 kw、11 kw 和 22 kw obc 相关的典型车型、电池尺寸、从 0% 至 100% 的充电时间以及竞争性技术。
车载充电机一般为两级电路，前级为pfc（power factor correction）级，即功率因数校正环节，实现电网交流电压变为直流电压，且保证输入交流电流与输入交流电压同相位，根据实际设计功率需求的不同，可采用多级boost电路并联进行扩容；后级为dc/dc级，实现pfc级输出直流电压变为所需充电电压，实现恒流/恒压充电功能，并保证交流高压侧与直流高压侧的电气绝缘，同样地，根据实际设计功率需求的不同，可采用多级dc/dc电路并联进行扩容。另外，比较常见的dc/dc级电路拓扑有移相全桥和llc两种。
boost pfc
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下表列出了（第一个）ac/dc 图腾柱 pfc 级和（第二个） dc/dc 双向 cllc 谐振级的各自规格。从图表中可以明显看出，从 si 设计转到 sic 设计，功率器件和栅极驱动的数量都减少 30% 以上，开关频率提高一倍以上。这降低了功率转换系统的组件尺寸、重量和成本，同时提高运行效率。
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