電気自動車の販売が継続的に増加するにつれて、OBCに対する市場の需要も増加しています。このため、メーカーはOBCに多額の投資を行い、最新の製品アプリケーションを実現しました。この記事では、OBCの開発概要と、onsemiがリリースしたソリューションについて説明します。
OBCは電気自動車に長時間持続する電力を供給する
電気自動車は、環境を汚染する有害なガスを排出しないという主な理由から、自動車を購入する際の第一の選択肢となっています。石炭、原子力、水力などさまざまな一次エネルギー源から電力を得られるという利点により、石油供給の減少に対する人々の懸念は解消されるでしょう。しかし、一回の走行距離、電気自動車の充電ステーションの数、充電速度などは、依然として人々が電気自動車の購入を躊躇する主な理由となっています。そのため、電気自動車購入者の不安を解消するためには、まず充電設備の改善が必要です。
プラグインハイブリッド/電気自動車 (xEV) は、高電圧バッテリーサブシステムを使用して外部から充電する必要があります。これらの一部は車両内部（OBC）に設置され、その他は外部に設置され、有線接続（固定充電器）または無線エネルギー伝送（ワイヤレス充電器）を介して統合できます。
プラグインハイブリッド電気自動車 (PHEV) には、バッテリーの充電を担うOBCが直接装備されています。これらの充電器はPHEV内に設置されるため、高効率かつ軽量で、バッテリーの充電時間に直接対応するさまざまな電力レベルを備えている必要があります。充電器の電力レベルは、AC電源入力 (120 VAC、240 VAC、三相など) の利用可能な電力に比例します。OBCで最も一般的な電力レベルは3.3 kW、6.6 kW、11 kW、22kWで、それぞれ異なる一般的なAC電力レベルに対応しています。
OBCは完全に高電圧システムであるため、半導体ではIGBT (絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ)、スーパー ジャンクションMOSFET (金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、およびSiC (シリコン カーバイド) が最も一般的に使用されます。一般的な充電器は、入力整流、力率補正、DC-DC変換、絶縁、出力整流、出力フィルタリングなどの多くのカスケード ステージで構成されています。
OBCの多様なニーズを満たす包括的なソリューション
OBCの設計には、SiC MOSFET、ゲート ドライバー、IGBT、MOSFETモジュール、IPM、コントローラーなど、多くのコンポーネントが使用されます。業界における電源ソリューションのリーダー的地位で知られるオンセミコンダクターは、OBCアプリケーションのニーズを満たす対応製品を発売しました。
ここでは、OBCに適した2つのSiC MOSFETを推奨します。TO247-3LパッケージでNチャネル設計、1200V、80 mΩ をサポートするNVHL080N120SC1と、D2PAK-7LパッケージでNチャネル設計、1200V、20 mΩ をサポートするNVBG020N120SC1です。これら2つのSiC MOSFETはどちらもまったく新しいテクノロジーを採用しており、シリコンよりも高い信頼性で優れたスイッチング性能を実現します。さらに、低いオン抵抗とコンパクトなチップサイズにより、低い静電容量とゲート電荷が保証されます。したがって、システムは、最高の効率、より高速な動作周波数、増加した電力密度、低減したEMI、および縮小したシステム サイズという利点が得られます。
NVHL080N120SC1
NVHL080N120SC1は1200Vをサポートします。Vgsが20V、Idが20Aの場合、最大RDS(on) は110mΩ になりますが、標準RDS(on) は80mΩ しかありません。高速スイッチと低静電容量を備え、100% UILテストに合格し、AEC-Q101規格に準拠していると同時に、鉛フリーでRoHS準拠のデバイスです。NVHL080N120SC1は、電気自動車/プラグインハイブリッド電気自動車のDC/DCコンバータ、車両OBC、補助モータードライブに使用できます。
NVHL080N120SC1は1200Vをサポートします。Vgsが20Vの場合、Idは60A、最大RDS(on) は28mΩ になります。高速スイッチと低静電容量を備え、100% UILテストに合格し、車載グレードデバイスとしてAEC-Q101規格に準拠したRoHS準拠デバイスです。電気自動車/プラグインハイブリッド電気自動車のDC/DCコンバータや車載インバータなどに使用できます。
さらに、オンセミコンダクタは、ゲートドライバをサポートする車載用SiC MOSFET用ドライバ（ローサイド、シングル6A高速スイッチングのNCV51705、絶縁型高電流、高効率IGBTゲートドライバをサポートする内部ガルバニック絶縁を備えたNCV57001、デュアルチャネル4A高速スイッチングをサポートするローサイドゲートドライバを備えたFAN3224TU_F085）を含む、OBCアプリケーションに適した一連の製品を提供しています。
さらに、オンセミコンダクターは、ローサイド、シングル6A高速スイッチングをサポートする車載用SiC MOSFET用ゲート ドライバNCV51705、絶縁型高電流、高効率IGBTゲート ドライバをサポートする内部電流絶縁を備えたゲート ドライバNCV57001、デュアル チャネル4A高速スイッチングをサポートするローサイド ゲート ドライバFAN3224TU_F085など、OBCアプリケーション向けの製品シリーズも提供しています。一方、MOSFETモジュールにはFAM65CR51DZがあり、これはマルチフェーズおよびセミブリッジレスPFC (力率補正) 用のブースト コンバータ ステージを備えた電源統合モジュール (PIM) です。また、FAM65HR51DSは、LLCおよび位相シフトDC-DCコンバータ用の電源統合モジュール (PIM) MOSFET SJ Hブリッジです。
FAM65V05DF1
onsemiは、IGBTインバータ650V、50Aをサポートするインテリジェント パワー モジュール (IPM) であるFAM65V05DF1も発表しました。コントローラに関しては、低電力オフラインSMPS用に使用される電流モードPWMコントローラNCV3843BV、低電力オフラインSMPS用車載一次側PWMコントローラNCV1362、および低電力オフラインSMPS用高電圧スイッチに使用されるNCV1060/63があります。
結論
onsemiは電源ソリューションの分野でリーダー的存在であり、さまざまなOBC仕様とニーズに対応する多様で包括的な生産ラインを立ち上げ、関連デバイスとソリューションを提供しています。電気自動車の普及段階にあることから、関連アプリケーションのニーズが急速に高まっています。この大きなビジネスチャンスを逃したくないと思っていただけると信じています。