TI - 如何更加快速地为电动汽车充电

推出电动汽车（EV）的通告已经铺天盖地地席卷了全球。这些标题的吸睛点和不同点在于电动汽车远程驾驶能力超越了目前的200至300英里范围：目前，在所有驾驶情况和条件下，电动车辆皆可与基于内燃机的车辆媲美。
　　电动车获得成功的一个关键因素在于消费者的接受度。由于锂电池价格下降，各地区的短期法规支持，消费者预计电动汽车的价格会出现下降，因此并不担心价格问题。但是，他们更关心充电速度是否加快，或者说充电时间是否减少。已经习惯于几分钟内加满油箱的消费者们会有耐心等待充电吗？
　　ICE车辆加满油耗时不到五分钟，而电动汽车充满电池组的耗时明显更长。再者，充电桩的数量稀少，这意味着消费者甚至可能需要排队充电，使得充电耗时更长。
　　如何可以改善电动汽车，从而快速充电呢？高效电力传输和更高功率级别是改善车载和车外充电速度的一种方法。通常电池充电采用恒流方法来避免损坏，基于地区限制，增加电流既不有利，也不被允许。另外，增加电流会导致线束问题，反过来又增加了车辆重量。
　　增加电压到400V或更高才是可行的解决方案。采用电力电子器件的宽带隙解决方案 - 碳化硅（SiC），即可在高压下有效地传输电力。
　　SiC是一种宽带隙半导体，已成为替代硅基电源开关（金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和绝缘栅双极晶体管IGBT）的颠覆性材料。凭借低损耗（提高效率）及承受高压的能力，众多汽车制造商和充电器供应商已纷纷采用SiC。因此，随着纯电动汽车（BEV）的电池电压增加（400V及以上），以及车载充电器和车外直流充电器（50kW及以上）的电力等级增加（>10kW），采用SiC用作电子电力开关将越来越重要。
　　如表1所示，与硅相比，SiC具有优异的材料特性，包括低导通电阻、高导热、高击穿电压和高饱和速度，因此可实现低损耗和高压操作。
　　属性
　　定义
　　硅
　　SiC-4H
　　Eg （eV）
　　带隙能源
　　1.12
　　3.26
　　Ebr （MV/cm）
　　临界场击穿电压
　　0.3
　　3.0
　　vs（x107cm/s）
　　饱和速度
　　1.0
　　2.2
　　μ （cm2/V.s）
　　电子迁移率
　　1400
　　900
　　λ （W / cm.K）
　　热导率
　　1.3
　　3.7
　　表1：SiC的固有材料特性
　　了解如何驱动SiC电子器件也很重要。控制器指示电力电子电路上有效电力传输的开关接通和关闭。栅极驱动器作为控制器和电力器件之间接口的关键元件，起着放大器的作用，它接收控制器信号，放大信号以驱动电力设备。
　　由于SiC FET的卓越特性，如何定义栅极驱动器要求则变得非常关键，这是由于这些要求与驱动硅MOSFET或IGBT的要求不同。