电动汽车的车载充电器 （OBC） 可以采用多种形式，具体取决于功率水平和功能，充电功率从微型电动汽车的 2kW 到高端电动汽车的 22kW 不等。
通常车载充电器是单向的，但近年来，双向充电越来越受到关注，本文将讨论碳化硅（SiC）在中等功率中的作用6在 6kw 和大功率 11 和 22kw 双向车载充电器中的优势。
随着纯电动汽车市场占有率的不断提高，动力电池的装机量也在不断增加，消费者对大容量电池的充电时间也要求更快，这也导致电池的工作电压从400V提高到800V。
电池容量充足的电动汽车将有潜力充当储能系统，实现从车辆到其他电气设备的各种供电场景，如车到户、车到电网、车对车充电等，因此OBC正在从单向拓扑向双向拓扑转变，未来在电动汽车中采用双向OBC是共同趋势。
电动汽车车载充电器设计需要高功率密度和高转换效率，以充分利用有限的可用车辆空间，并最大限度地减少体积和重量。 双向OBC前端由双向AC-DC转换器（通常为功率因数校正PFC电路或有源前端AFE电路）和后端隔离式双向DC-DC转换器组成。
01.PFC 或 AFE 模块
在输入端，传统的PFC升压转换器是应用最广泛的单向拓扑结构，但它不支持双向操作，而图腾柱PFC不仅支持双向操作，而且还通过取消桥式整流器级来提高效率，将导通路径中的半导体器件数量从三个减少到两个。
图腾柱PFC包含两个或两个以上工作在不同频率的半桥，高频桥臂经过升压整流以提高频率开关，低频桥臂主要整流输入电压，以50-60Hz的频率进行开关。
02.DC DC转换器模块
单向车载充电器中的直流转换器通常是LLC谐振转换器，但这是一种单向拓扑结构，转换器的电压增益在反向工作模式下受到限制，从而降低了其性能。 因此，图3中的双向CLLC谐振转换车更适合双向OBC的直流级，该级在充电和放电模式下都具有高效率和宽电压范围。
在电动汽车车载充电器应用中，CLLC谐振转换器使用软开关来提高效率，初级侧采用零电压导通（ZVS），次级侧采用ZVS+ZCS组合。
03.SIC的优点：
碳化硅 SiC具有高临界电场、高电子漂移速度、高温和高导热性的独特组合，是大功率OBC的首选器件，在晶体管层面，SIC具有低导通电阻和低开关损耗，使其成为大电流和高电压应用的理想选择。
除了SiC之外，高功率设计中的有源元件还有另外两种选择，包括硅SI MOSFET和IGBT，对于图腾柱PFC中的高功率应用，SI MOSFET二极管的反向恢复导致连续导通模式下的高功率损耗，因此其使用仅限于非连续模式操作和低功耗应用。
相比之下，SiC MOSFET允许图腾柱PFC在连续导通模式下工作，以实现高效率、低EMI和更高的功率密度。
04.中等功率 66KW双向OBC架构
中等功率双向OBC通常采用单相120V或240V输入和400VDC总线工作，拓扑前置放大器为单相图腾柱PFC，后置放大器上的CLLC DC DC转换器如图4所示。
对于 6下表总结了双向OBC设计的器件选择，其中两个60m MOSFET或一个25m MOSFET并联PFC，一个60m或一个45m MOSFET并联DCDC。
05.大功率 11kW 或 22kW 双向 OBC 设计
在11kW或22kW等较高功率水平下，电池电压可以是400V或800V，目前市场正朝着800V高压平台发展，图5显示了大功率三相双向OBC的系统框图，该OBC设计为兼容400V或800V电池。
11kW双向OBC设计可将75M 1200V MOSFET用于PFC和CLLC转换器的初级侧，在次级侧，800V电池应用使用相同的75M MOSFET作为初级，40M 1200V MOSFET可用于高性能应用，对于400V电池应用，可以选择四个650V 25V MOSFET作为次级侧。
22kW 设计类似于 11kW 双向 OBC 设计，但更高的功率输出需要更低的 RDS（ON） 器件，PFC 和 DCDC 的初级侧可以使用 32m 1200V MOSFET，相同的次级侧可用于 800V 总线应用。 表 2 总结了三相、高功率 OBC 设计的器件选择。
三相电源在许多欧洲家庭中很容易获得，但典型的美国、亚洲和南美家庭只有标准的单相 240V，在这种情况下，大功率 22kW 双向 OBC 需要同时兼容单相和三相输入，设计人员可以使用交错技术进行单相输入，在传统的三相 PFC 上增加第四个臂。
图 6 显示了具有三个高频臂和第四个低频桥的交错图腾柱 PFC，每个桥由一个 32m 的 1200V SiC MOSFET 提供在6kW的功率下，LF臂可以通过使用两个SI或IGBT来减少，当有三相可用时，电路可以自动重新配置为以三相运行，使第四个臂悬而未决。
在双向OBC中，基于SiC的解决方案在成本、尺寸、重量、功率密度和效率方面优于基于SI的解决方案。
例如，基于 SiC 的 22kW 双向 OBC 解决方案需要 14 个功率器件和 14 个栅极驱动器，而基于 SI 的设计需要 22 个功率器件和 22 个栅极驱动器。 在比较性能时，SiC 设计实现了 97% 的效率和 3kW L 的功率密度，而 SI 设计实现了 95% 的效率和 2kWl 的功率密度。
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