发布时间：2025-08-8 阅读量：45 来源: 安森美 发布人: wenwei
【导读】碳化硅（SiC）功率器件正以颠覆性优势引领工业充电器变革——其超快开关速度与超低损耗特性，驱动功率密度实现跨越式提升，同时解锁了传统IGBT无法企及的新型拓扑架构。面对工业应用对高效隔离式DC-DC转换的严苛需求，本文将深入解析从600W至深入解析从600W至30kW全功率段的拓扑选型策略，揭示SiC技术如何成为高功率密度设计的核心引擎。
碳化硅（SiC）功率开关器件正成为工业电池领域一种广受欢迎的选择，因其能够实现更快的开关速度和更优异的低损耗工作，从而在不妥协性能的前提下提高功率密度。此外，SiC还支持 IGBT技术无法实现的新型功率因数拓扑结构。本文将介绍隔离式DC-DC功率级选择。
隔离式DC-DC功率级的选择
对于隔离式DC-DC转换，可以根据应用的功率等级来选择多种不同的拓扑结构。
● 半桥 LLC 拓扑
采用次级端全桥同步整流的半桥LLC拓扑结构非常适合600W至3.0kW的充电器应用。iGaN功率开关适用于600W至1.0kW的充电器，而SiC MOSFET则适用于1.2kW至3.0kW的应用。
对于4.0kW至6.6kW的应用，可选用全桥LLC拓扑或交错式LLC拓扑；双有源桥则适用于6.0kW至30.0kW的应用。通过并联多个6.0kW充电器，可实现12.0kW至30kW的功率输出。
图 1. 半桥 LLC 隔离型 LLC 拓扑
NTH4L045N065SC1 或 NTBL032N065M3S 650 V EliteSiC MOSFET 适用于初级端半桥电路，80 − 150 V 的 Si MOSFET 则适用于次级端同步整流应用。NTBLS0D8N08X 和 NTBLS4D0N15MC 是适用于 48 V 及 80 V − 120 V 电池充电器应用的Si MOSFET。
● 全桥 LLC 拓扑
全桥LLC拓扑由两个半桥（S1−S2 和 S3−S4）组成，包含变压器初级绕组Lm和谐振LC网络。
全桥电路中对角线布局的SiC MOSFET由相同的栅极驱动信号驱动。次级端全桥LLC拓扑由两个半桥（S5−S6 和 S7−S8）组成，使用的是同步整流Si MOSFET。双向Si MOSFET开关S9−S10提供了电压倍增功能，可实现40 V至120 V的宽电压输出。对于40 V − 120 V的宽电压范围电池充电器应用，初级端采用全桥LLC拓扑、次级端采用带双向开关电压倍增器同步全桥电路拓扑是合适的方案（如图 2所示）。
图 2. 带次级电压倍增器电路的全桥 LLC 拓扑
图 3 所示，带有 2个变压器及2个次级全桥同步整流电路的全桥 LLC 拓扑，适用于 4.0 kW 至 6.6 kW 的应用。
图 3. 带有 2 个变压器和 2个全桥同步整流器的全桥 LLC 拓扑
● 交错式三相 LLC 拓扑
对于 6.6 kW - 12.0 kW 的大功率应用，建议采用交错式 LLC 拓扑，将功率损耗分散到多个开关和变压器中。
三相交错式 LLC 由 3 个半桥（S1-S2、S3-S4 和 S5-S6）、3 个谐振 LC 电路、3 个带励磁电感的变压器组成，次级端采用3 个带谐振 LC 网络的半桥（S7-S8、S9-S10 和 S11-S12）组成，以实现双向操作。初级端3组半桥电路以谐振开关频率工作，彼此保持120度相位差。此三相交错式LLC拓扑可产生三倍开关频率的输出纹波，并显著减小滤波电容尺寸。
图 4 所示的交错式三相 LLC 拓扑适用于 6.6 kW - 12 kW的充电器应用。
图 4. 交错式三相 LLC 拓扑
● 双有源桥
如图 5 所示的双有源桥适用于大功率充电器应用，例如为骑乘式割草机、叉车和电动摩托车供电。双有源桥适用于6.6 kW至11.0 kW的工业充电器应用。
图 5. 双有源桥拓扑
单级拓扑结构适用于输入电压为 120 - 347 V 单相AC输入的工业充电器应用。 图 6 所示，初级端带有双向AC开关的双有源桥适用于 4.0 kW至11.0 kW的工业充电器应用。
图 6. 单级双有源桥转换器
650 - 750 V SiC MOSFET 和 GaN HEMT 适用于双向开关应用。 NTBL032N065M3S 和 NTBL023N065M3S 650 V M3S EliteSiC MOSFET 推荐用于初级端双向开关。通过将2个裸芯集成到 TOLL 或 TOLT 封装中，以实现双向开关。 GaN 技术同样适用于双向开关应用。
如图 7 所示，另一种值得关注的单级拓扑结构是带有集成式全桥隔离 LLC DC-DC转换器的交错式图腾柱 PFC。
图 7. 单级交错式图腾柱 PFC + LLC 级
从半桥LLC的灵活应用到三相交错拓扑的损耗分摊，再到双有源桥的模块化扩展，工业充电器的设计本质是功率等级与应用场景的精准匹配。SiC与GaN器件的突破性性能，不仅为宽电压范围、双向操作等复杂需求提供技术支撑，更通过单级集成方案（图腾柱PFC+LLC）大幅简化系统架构。未来，随着多芯片封装与拓扑创新持续演进，工业充电器将在更高功率密度与更优成本控制的道路上实现突破性进化。
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