紧凑型SiC模块：高功率密度车载充电器的新选择

　　在电动化不断加速的当下，车载充电器(OBC)的性能已成为影响电动车续航体验与能源利用效率的关键因素。

　　传统基于分立器件的设计在提升功率密度和缩小体积方面已接近极限，新的功率模块化方案因而受到越来越多关注。

　　碳化硅(SiC)器件凭借其高效开关性能与热特性，正在成为下一代OBC的重要推动力。

　　Part 1OBC架构与技术挑战：从分立器件到模块化

　　车载充电器作为电动汽车动力系统的关键部件，承担着交流电转换为直流电并为电池充电的功能。

　　根据电网的供电方式，OBC既需要支持3.6kW至7.5kW的单相输入，也要适应11kW到22kW的三相输入。在当前市场中，11kW成为平衡成本与效率的主流选择，而22kW产品则多见于高端车型。

　　随着车网互动(V2G)和车车互充(V2V)的兴起，OBC更被要求实现双向能量流动，进一步增加了设计复杂度。

　　传统OBC通常采用分立式器件构建。以表面贴装(SMD)器件为例，每个元件需要单独通过PCB散热或依靠热界面材料精确固定在散热器上。

　　随着功率密度的提升，这种方式面临热管理压力大、布板复杂和绝缘风险增加等难题。换言之，分立方案已难以兼顾紧凑化和高性能的双重要求。

　　在架构层面，OBC主要存在模块化和集中式两种思路。

　　◎模块化方案由三个单相模块组成，虽然灵活，但需要更多元器件和额外的检测电路，增加了成本和体积。

　　◎集中式方案则利用单一的三相AC/DC转换器来同时支持单相和三相运行，显著减少了元件数量，更符合高功率密度的需求，集中式架构正逐渐成为下一代OBC的首选。

　　在这种背景下，功率模块化设计成为突破口。

　　相比分立器件，模块不仅能集成更多功能，减少外围器件，还能在布局上更加紧凑，提升散热和隔离性能，从而为更高的功率密度创造条件。

　　OBC的发展受限于分立器件在散热、绝缘和集成度方面的瓶颈，而模块化与集中式架构为其在高功率密度和高效率方向的演进提供了基础。

　　Part 2SiC模块的优势与应用实践：以HSDIP20为例

　　碳化硅器件的特性使其在OBC应用中具备天然优势。ROHM的第4代SiC MOSFET通过沟槽结构实现了超低导通电阻，并拥有极低的米勒电容，从而能够以更快的速度开关并显著降低开关损耗。这种高效率不仅减少了能量浪费，还减轻了散热系统的负担。

　　在此基础上，ROHM推出的HSDIP20模块进一步扩展了EcoSiC™系列。

　　该模块在全桥电路中集成了4个或6个SiC MOSFET，与分立方案相比具有更高的集成度和更优的热管理能力。

　　模块采用氮化铝陶瓷层隔离散热焊盘与MOSFET漏极，从而大幅降低结壳热阻，省去了外部热界面材料的复杂隔离工序。这一设计不仅提升了可靠性，还为系统紧凑化提供了支持。

　　在电气设计上，模块内部实现了隔离，简化了外部电路的处理。开发者不再需要为单个器件设计复杂的绝缘措施，也无需额外进行电气隔离测试。

　　这意味着开发周期缩短，风险降低，同时成本也得到控制。更重要的是，模块内部紧凑的布局减少了PCB占用面积，使整体系统体积进一步缩小。

　　从性能来看，HSDIP20模块的热特性与开关特性尤为突出。

　　通过测试与仿真可以看到，该模块在800V直流链路电压下，无论温度如何变化，开关损耗都保持在较低水平。

　　其在11kW双向AC/DC变换级中的仿真结果显示，在48kHz开关频率和强制风冷条件下，效率接近99%，且仅考虑半导体损耗。

　　这意味着在实际应用中，系统能够在高功率密度下保持极高效率，对电动车续航和充电速度都有直接帮助。

　　HSDIP20系列提供多种拓扑选择，包括4合1、6合1和Six-pack模块，涵盖了不同功率范围和应用场景。对于需要灵活应对单相与三相模式的应用，混合拓扑模块则提供了低成本的图腾柱PFC解决方案。

　　所有模块均采用统一封装形式，便于应用扩展，也符合车规级的AQG324标准，满足了汽车产业对可靠性和一致性的严格要求。

　　从开发者角度来看，SiC模块不仅降低了器件选型与布局的复杂性，还为未来更高功率OBC的设计预留了空间。通过优化内部结构和提升热性能，模块可在远低于175℃的结温下稳定运行，为进一步提升功率密度打下基础。

　　小结

　　电动化的深入发展要求车载充电器同时具备高效率、紧凑化和成本可控的特性。传统分立器件已难以满足这些要求，而以ROHM HSDIP20为代表的紧凑型SiC模块正在成为解决之道。

　　通过将高性能SiC MOSFET集成到模块中，并优化隔离、散热与拓扑设计，OBC能够在更小的体积内实现更高的功率密度和接近99%的效率，助于电动汽车提升续航和充电体验，也为车网互动和双向充电提供了可靠的硬件基础。