-高级隔离封装在大功率电池充电设计中的优势

为了提高消费者对电动汽车(EV)的接受度,设计师必须提高充电器的功率输出、功率密度和效率,以解决快速充电问题,特别是长途驾驶的问题。将单个设备组件与模块化设计相结合,可以提高电源输出,使充电器制造商实现更小的面积、灵活性和可扩展性。

在高级隔离封装中使用有源电源组件可以提高功率密度,大大减少电路设计中的热量管理任务,从而解决大功率充电问题。SMPD封装有多种优点,可在不显着增加系统大小和重量的情况下增加输出功率,这对提高功率密度至关重要。Littelfuse专门为介绍SMPD软件包准备了演示文稿,我先介绍其中的几个。

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随着电动汽车电池充电给电力公司带来巨大负载,公共公司正在研究V1G智能充电和V2G双向充电技术。在V1G技术中,公用事业公司将通过控制电动汽车的充电开始时间和能源供应大小来分配能源负荷,从而最大限度地减少需求峰值。V2G控制充电时间、容量、充电方向,使公共公司能够将充电电池的电力返回电网,为其他汽车供电,从而减少最大需求。

V2G技术需要双向充电器。与单向充电器相比,双向设计更加复杂,需要更多的组件、额外的电源管理任务和复杂的控制算法。

要处理更高的功率,需要高功率半导体的高级封装

图1示出了在8个半桥组中使用16个碳化硅功率MOSFET的双向电源拓扑结构。设计师使用更多的并联分裂功率FET来实现更高的功率,从而使充/放系统设计更加困难。塔式功率FET封装通常是D PAK或TO-247封装。如果设计输出功率级别超过30千瓦,高级软件包将提供支持所需高输出功率的组件。

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图1带有多级功率转换的双向充电器电路

图2显示了封装选项和电源处理功能。表面安装电源装置(SMPD)封装为设计师提供了功率容量、功耗、布局和组装方便的最佳组合。

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图2封装功率容量与封装性能比较

适用于更高功率密度的SMPD封装

图3显示了Littelfuse的SMPD软件包示例。SMPD使用直接铜钥匙(DCB)基板,该基板具有铜引线框架、铝钥匙丝和半导体周围的塑料模具。DCB结构提供了很高的隔离强度,允许在单个载体上有很高热量释放的多半导体阵列。暴露在DCB中的铜层将连接到散热器的表面积最大化。将铜引线框架与铝熔接线结合,可以简化焊接和装配。

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图3表面安装电源设备(SMPD)软件包的示例结构(来源:Littelfuse)

在本例中,SMPD软件包设计具有以下几个优点:

UL认证,额定绝缘电压最高2500伏

热阻比其他半导体封装(例如TO型装置)低。

SMPD比TO封装提供更多的载流功能。

由于半导体芯片和散热器之间的低寄生结合容量,降低了辐射EMI。

最大限度地提高半导体的能力,最大限度地提高封装的低漂移电感引起的低压过冲。

提高使用晶闸管、功率二极管、MOSFET、IGBT等定制拓扑的灵活性

由于背面隔离,所有电力半导体都可以安装在单个散热器上。

图4显示了SMPD封装如何将组件数量减少近一半,从而实现更高的功率、更大的功率密度和更小的装配尺寸。

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图4基于SMPD封装的双向充电器,与使用各个部件相比,组件数量可以减少一半。

以更小的封装提供更高的功率

设计师可以通过增加充电器的功率来提高功率密度。使用SMPD软件包,设计人员可以开发单个电源设备,输出功率最高可达50千瓦,没有并行因素。

表面安装封装设计,如Littelfuse的封装设计,可以通过低热量阻挡封装技术最大限度地减少散热器的大小和成本。由于寄生容量和杂散电感较低,此软件包可以减少辐射并传递EMI。设计师可以在更高的频率下工作,使用更小的电感来节省空间和成本。SMPD电源设备打包有助于增加输出功率,而不会显着增加生产系统的大小和重量。

资料来源:Littelfuse,作者:Littelfuse应用工程全球负责人Martin Schulz博士和Littelfuse电动汽车基础设施业务开发经理Philippe Di Fulvio

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