功率转换效率提高了电动车的可行性

如果询问任何功率电子器件设计师他们追求什么，转换效率通常都会名列前茅。高效率不仅能节能，还有附带好处，即打造更小、更轻、更便宜的产品，而释放的空间还可用于提高可靠性和增加功能。

实际上有些应用受益匪浅，如电动车，它的单次充电行驶里程会有所提高，还有数据中心，其中的电子器件和必要空调的能耗是一大问题，目前占全球能源需求的1%以上。  

功率转换效率提高了电动车的可行性  

电动车是车轮上的数据中心，具有工业规模的电动机控制（图1），它的可行性取决于牵引逆变器和充电电路的效率。效率每提高一个百分点都能促进散热需求降低、重量减轻、单次充电行驶里程增加和成本降低，这构成了一个良性循环。

图1：典型的电动车功率转换元件  

锂离子电池是电动车的心脏所在，它可以是48V，用于轻度混合动力，也可以达到500-800V，实现完全电动。电动车中有车载交直流充电器，它通常双向导电，可以将多余的能量返回到电网中赚钱，还有多种辅助直流转换器，用于为保障安全舒适的设备供电，当然也少不了牵引逆变器，它也有双向电流，可利用刹车或惯性滑行中的再生能量。  

电动车功率转换中的半导体开关压倒性地决定了损耗，而在牵引逆变器中，IGBT可能是个好选择，尽管IGBT只能在低频下实现高效开关。然而以前，这并不是一个大问题，因为交流电动机可以在10kHz或更低频率的驱动下充分运行。不过，提高频率能带来一些好处，能让电动机控制更加顺畅，能实现更符合正弦波的驱动，从而降低铁损和电动机磨损。接近恒定的饱和电压可以让IGBT保持低导电损耗，但是宽带隙开关，尤其是碳化硅（SiC），异军突起，其导通损耗极低，因而现具有强大的竞争力，还能随意并联，进一步降低损耗。FET和MOSFET等SiC器件还满足双向电流要求，因为在配置成开关或同步整流器后，它们可以向任意方向导电。IGBT则不能反向导电，需要一个损耗不菲的并联二极管才能实现此功能。  

随着功率要求的提高，电动车充电器和辅助直流转换器也逐渐被纳入能耗计算范畴中，而它们能直接从使用小磁性元件实现的更高频率开关中获益。一直以来，开关都使用硅超结MOSFET，但是宽带隙器件有着更高的边沿速率并能降低导通电阻，现可实现有用的效率增益。  

新的功率转换拓扑结构能尽量提高数据中心的效率  

虽然数据中心对能量的需求前所未有地多，但是高效功率转换器和配电方案的推出使得该需求从2010年到2018年实际上仅增加了约6%，而同期的互联网流量增加了10倍，存储量增加了20倍。  

在无桥图腾柱PFC级（TPPFC）和谐振移相全桥与“LLC”直流转换器等高效拓扑结构的帮助下，数据中心的交直流转换器现在基本都能达到“80+钛金”标准，即在230V交流电和50%负载下，能效至少达到96%。这些电路传统上采用硅MOSFET开关实现，现在则因采用宽带隙器件而获益，这些器件的导电损耗和动态损耗都较低。事实上，由于存在体二极管反向恢复损耗，在高频和大功率下采用硅MOSFET实现TPPFC布置是不可行的。采用SiC或氮化镓（GaN）则可以解决这个问题。  

数据中心使用的配电方案也有所改进，以提升效率（图2）。交直流转换器带来的“中间总线”用于在更高电压（通常为385V直流电）下传输电力，然后电力会被隔离，并转换为48V，与备用电池一起实现更多的本地配电，之后电力流经隔离或非隔离的车载“负载点”转换器，以进入最终转换级。   

图2：数据中心配电布置  

关于我爱方案网

我爱方案网是一个电子方案开发供应链平台，提供从找方案到研发采购的全链条服务。找方案，上我爱方案网!在方案超市找到合适的方案就可以直接买，没有找到就到快包定制开发。我爱方案网积累了一大批方案商和企业开发资源，能提供标准的模块和核心板以及定制开发服务，按要求交付PCBA、整机产品、软件或IoT系统。更多信息，敬请访问http://www.52solution.com