综合性高功率直流快速充电解决方案

直流电（DC）快充使电池能够以更高的功率水平充电，具备更快的充电速度、更低的损耗以及更高的效率等优势。它可以满足大容量电池的需求，从而提升电动汽车（EV）的使用性和便利性。随着电动汽车的日益普及和发展，直流快充已成为当前电动汽车充电应用中的主流技术，展现出光明的市场前景。本文将介绍直流充电的应用发展趋势，以及由Arrow Electronics联合Infineon、ST等合作伙伴推出的相关解决方案。

直流快充的全球前景令人看好

市场分析显示，到2034年，直流快速充电器将在公共充电站市场占据33%的份额。以美国为例，两党基础设施法案（Bipartisan Infrastructure Law）设立了一项五年内投入50亿美元的国家电动汽车基础设施（NEVI）计划。   在欧洲、中东和非洲（EMEA）地区，目标是在2030年前建立350万个充电点，并批准了150亿欧元的投资用于替代燃料基础设施建设，包括覆盖欧洲跨境网络的电动快速充电设施。   在亚太地区，据麦肯锡估计，到2030年，东盟市场将需要95,000个公共交流充电点和40,000个直流充电点，这将是目前数量的30倍，其中中国将占据超过90%的市场份额。   直流充电应用覆盖典型功率范围为50千瓦至350千瓦。在全球范围内，2023年直流充电器数量已达到868,000台，比2022年的330,000台增长了60%以上。根据2030年的路线图，美国预计将拥有50万个快速充电器，而欧盟将拥有350万个充电点，表明市场具有巨大的增长潜力。

30kW 电动汽车充电器一站式解决方案

eInfochips（Arrow 的子公司）对直流快充市场的未来发展持乐观态度，并推出了一款30kW电动车充电一站式解决方案。eInfochips 的直流快充解决方案设计为一款智能、互联且面向未来的直流充电器。   eInfochips 的直流充电器配备了一块10英寸大尺寸HMI显示屏（亮度1000尼特），能够通过LED灯和扬声器发出通知。LED灯可以指示电源状态、故障及充电状态，设备还包括一个3W扬声器用于用户通知。通过eInfochips专有技术EVWER实现远程管理。该充电器遵循CCS1/CCS2充电标准，集成了超紧凑型能量计量功能，并兼容支持智能充电/V2G应用的OCPP 1.6J和ISO 15118标准。它还具备内置的过电压、过电流、浪涌保护和其他系统安全机制，额定功率为30 kW/60 A。   eInfochips的直流充电器采用模块化设计，包括电源模块和SECC单元。它支持输入保护功能，如过电压/欠电压、过温、过流、接地故障、RCD/CCID装置、短路、浪涌保护和紧急关机。输出保护包括过温、过流、直流高压（输入/输出）、电气隔离及防触电保护（直流隔离监测）。该充电器配备了千兆以太网和Wi-Fi网络接口，支持OCPP 1.6J网络通信标准、ISO 15118、IEC 61851-23/-24车辆通信协议，并配有CCS1/CCS2充电接口及能量计量功能。   这一全面的电动车充电解决方案包含云平台无关的软件/数字平台开发（Azure、AWS、GCP），实现高级充电功能、通知、推送警报、报告与仪表盘开发，以及数据聚合与分析能力。它经过了法规前的合规性测试和认证（CE、FCC、UL、RoHS、REACH），支持功能测试、EDVT、热性能测试、机械测试（包括IP67），以及防震、防高压清洗和抗紫外线辐射测试。此外，还包括质量保障及测试自动化。   此外，该电动车充电解决方案还支持移动和WebApp开发，基于多租户的Web平台实现跨平台的Android/iOS移动应用开发。提供全栈开发服务，包括UI/UX设计、应用分析及多语言支持。在固件开发方面，支持操作系统如Linux、RTOS和Android的BSP开发/定制/测试，覆盖固件应用程序、OTA更新、网络安全、设备驱动、HAL、中间件和库支持。   该解决方案还提供从设计到制造的一站式“制造即服务（MaaS）”，涵盖制造/组装设计、元器件和供应链导航，并与超过15家合同制造商建立合作关系。其硬件设计符合OCPP规范，适用于电动车充电器设计，支持嵌入式、工业级和机械设计，涉及元件/BOM（物料清单）、架构、PCB原理图设计、布局、信号完整性、板卡启动、原型设计、DFA/DFM（设计易制造性/装配性）及其他资源。此外，也提供管理服务，如产品生命周期管理、传统资产现代化、L1/L2/L3技术支持、7x24监控管理中心（NOC）、SLA管理、DevOps/CloudOps等。

支持超过1200V直流电的高功率电池充电解决方案

随着电动汽车电池电压从400V提升至800V，功率器件的额定电压也相应从1200V及以上提高，以减少铜线的质量并提升功率密度。为满足这一需求，英飞凌推出了EVAL-FFXMR20KM1HDR CoolSiC™ MOSFET 2kV 62mm SiC MOS 半桥模块评估板，这是一款专用于驱动采用英飞凌最新CoolSiC™ MOSFET技术的62mm模块的栅极驱动板，适用于半桥配置。该评估板集成紧凑型栅极驱动器1ED3890MC12M和升压级器件，以增强驱动器输出功率，同时确保可靠性和快速可控性。   该半桥模块评估板采用CoolSiC™沟槽式MOSFET技术的62mm、2kV模块，支持使用独立的源极和漏极栅连接以优化栅极驱动。其驱动器IC可选择1ED3890MC12M或1ED3890MU12M（X3数字版），支持I2C总线用于参数调整以及硬件欠压锁定（UVLO）保护。通过合理的PCB设计，可在运行期间限制PCB发热，具备以下特点：支持具有可调斜率、平台时间和平台电平的两级关断（TLTO），避免负电压调整范围为-5V至0V。该器件测试采用即插即用设计，板卡解决方案已做好使用准备，并提供诸多优势，包括支持高正电压调整以实现高频快速开关，以及通过PCB设计限制运行期间的PCB发热，广泛适用于电动汽车充电、光伏和不间断电源（UPS）等领域。   该评估板采用的EiceDRIVER™ 1ED38x0Mc12M增强版是一款单通道5.7kV（均方根值）隔离栅驱动器IC，支持I2C可配置功能，可用于DESAT（过压检测）、软关断、UVLO（欠压锁定）、米勒钳位以及可选的两级关断。该驱动器支持650V、1200V、1700V、2300V的IGBT、SiC以及Si MOSFET。   栅极驱动器支持绝对最大输出供电电压为40V，典型峰值输出电流为±3A、±6A和±9A用于源极和漏极，适用于硬开关或可选的两级关断以及主动米勒钳位。通过I2C总线可进行参数配置和状态寄存器读取，支持精确的、可调节的、温度补偿的V_CEsat（饱和电压检测）检测与故障输出，以及IGBT的饱和后软关断，适用于高达125°C的高环境温度操作，同时配备160°C（±10°C）的过温关机功能。   该栅极驱动器支持严格的IC间传播延迟匹配（tPDD，最大值=30ns），并在输入和输出侧具备欠压锁定保护和主动关机功能。集成的ADC比较器能够生成可配置的反馈或故障关断行为，具备高达200kV/μs的高共模瞬态免疫（CMTI）。它采用节省空间的小型DSO-16细间距封装设计，具备大爬电距离（大于8mm），并通过UL 1577和VDE 0884-11工业应用安全认证标准，满足工业应用需求。

30 kW 电动汽车充电器功率模块一站式解决方案

ST还提供了一种完整的30 kW电动车充电器解决方案，包括具有数字控制的30 kW维也纳PFC整流器参考设计——STDES-30KWVRECT。该参考设计专为基于三电平维也纳拓扑结构的高功率三相主动前端（AFE）整流器应用而量身定制，提供了全面的数字电源解决方案。   通过使用SCTWA90N65G2V-4和STPSC40H12C，该平台实现了超过98.5%的峰值效率。它采用STM32G474RE混合信号高性能微控制器实现全数字化控制，从而全面控制功率因数、直流电压以及软启动程序。STDES-30KWVRECT在满载条件下可以实现总谐波失真（THD低于5%）和高功率因数（满载时大于0.99），同时还具有高带宽连续导通模式（CCM）电流调节功能。   该参考设计包括一个三相三电平AC-DC电力转换器，支持标称额定直流电压为800 V、标称额定交流电压为400 V、最大功率为30 kW的应用，并且实现了功率因数高于0.99、浪涌电流控制和软启动，在标称运营条件下THD低于5%。   在以SiC MOSFET和SiC二极管为基础的电力部分中，它支持70 kHz的高频工作，效率超过98.5%。并行的SiC MOSFET支持较高功率并实现电流均衡分配，有效减小被动元件的重量和体积。   控制部分基于STM32G474RE微控制器，包含SWD–UART、I²C和DAC等控制和监控接口，配备64针数字电源连接器。同时，LED状态指示灯用作用户界面，四个集成的高性能运算放大器提供了额外功能。   此外，ST推出了一款基于STM32G4的30 kW SiC MOSFET DC-DC转换器，适用于电动车充电器。该数字化控制的直流充电模块——30 kW三相LLC参考设计（STDES-30KWLLC），其额定输出功率为30 kW，工作开关频率范围为100至300 kHz，支持650 VDC至850 VDC的直流输入电压和200 VDC至1000 VDC的直流输出电压。它实现了超过98%的峰值效率，并集成了高性能32位微控制器STM32G474。在谐振模式（PFM）下工作，并具备输入欠压保护（UVP）、过压保护（OVP）、过流保护（OCP）等功能，同时还支持输出端的过压保护（OVP）和过流保护（OCP）功能。   基于1200 V SiC器件和高开关频率，该转换器通过更少的SiC MOSFET实现更高效率，并可通过单个LLC转换器覆盖更宽范围及实现高输出电压，从而提供更高功率。   ST的另一项产品是用于电动车充电站的30 kW三相维也纳整流器。它可接受三相345 VAC至460 VAC的输入电压，频率范围为47 Hz至63 Hz，最大输入电流为55 ARMS。直流输出电压为800 VDC，额定输出功率为30 kW，开关频率为70 kHz，峰值效率超过98.7%。在满负载工作条件下，功率因数为0.99，THD小于5%，并集成了高性能32位微控制器STM32G474。这款基于SiC器件的30 kW三相维也纳整流器实现了更高的效率、极低的总谐波失真（THD）和更低的设计复杂性。   此外，还有适用于预热应用的60 kW三相并联LLC解决方案，具有数字控制。其直流输入电压范围为650 VDC至850 VDC，直流输出电压范围为200 VDC至1000 VDC，额定输出功率为60 kW，峰值效率超过98%。与其他产品类似，它集成了高性能32位微控制器STM32G474，基于SiC器件的设计提供了更高效率，同时通过并联LLC采用更少的SiC MOSFET，适用于高功率和宽电压范围的应用。   ST基于STM32G4和SiC的解决方案将助力高性能电动车充电器，包括PFC及DCDC的全套解决方案以实现高功率。它们还为客户提供了先进组件（SiC MOSFET、SiC二极管、STGAP、STM32）。该30 kW三相解决方案在半负载条件下以160 kHz和700 V输出实现了98%的峰值效率。

结论

DC快速充电在电动汽车应用中变得越来越重要，并且正在迅速发展，它在现代电动汽车技术中起着至关重要的作用。与交流充电相比，DC快速充电系统能够为电池提供更高的充电功率，从而实现更快的充电速度。这一进步为电动汽车的普及和发展提供了重要支持，提升了整体用户体验和实用性。本文中描述的解决方案将加速客户设计DC快速充电产品的过程。如需了解更多关于这些技术的信息，请直接联系Arrow，探索更多技术细节并讨论如何将这些解决方案集成到您的项目中。