使用GaN HEMT设备最大化OBCs的功率密度

随着电动汽车（EVs）的销售量增长，整车OBC（车载充电器）的性能要求日益提高。原始设备制造商正在寻求最小化这些组件的尺寸和重量以提高车辆续航里程。因此，我们将探讨如何设计、选择拓扑结构，以及如何通过GaN HEMT设备最大化OBCS的功率密度。
 

目前，使用硅设备可以实现2 kW/L的功率密度。宽带隙设备可能使其能够实现超过6 kW/L的功率密度，这将是3倍的提升。因此，将这个数字作为使用GaN HEMTs设计三相11 kW OBC的目标功率密度是合理的方向。

OBC的挑战与拓扑结构选择

设计高功率密度OBC的主要挑战在于宽输入和输出电压范围的规定。全球的电网电压各不相同，这对PFC整流器阶段的设计增加了复杂性。而输出电压范围取决于EV电池电压，这对DC/DC阶段也提出了挑战。

平衡这些要求意味着在硬开关损耗或增加RMS电流之间做出选择，但这两种情况都不可取。此外，随着越来越多的可再生能源电力开始向电网供电，联网电动汽车提供的峰值功率动态调整被是稳定电网的一种手段，也是OBC要满足的需求，这进一步使设计任务复杂化，因为OBC现在还需要双向功率处理。

OBC设计特性

通过在设计中引入三个关键特性，使得更高的功率密度成为可能。首先，使用操作在560 kHz的创新的1/3-PWM协同调制方案，使用DC-DC阶段来控制DC-Link电压，因此在AC/DC阶段，一次只有三相中的一个在切换。其次，通过在输入和输出电压范围内使用自由度的占空比、相位差和开关频率，DABs可以在大范围内实现ZVS（零电压开关）。最后，与硅和碳化硅设备相比，GaN GIT HEMT设备对于同样的导通电阻来说，输出电容较小，从而使全ZVS在较低电流级别就可以实现。

GaN HEMTs的优势

GaN HEMTs具有适合高频率操作的固有特性，可以在硬开关和软开关模式下操作。这使得它们能够用于先进的调制和控制方案，使设计在具有高功率密度的条件下，实现宽输入和输出电压范围。这些设备将使得实现EV的下一代OBC充电器所需的功率密度水平成为可能。