電動汽車的車載充電器 （OBC） 可以採用多種形式，具體取決於功率水平和功能，充電功率從微型電動汽車的 2kW 到高階電動汽車的 22kW 不等。
通常車載充電器是單向的，但近年來，雙向充電越來越受到關注，本文將討論碳化矽（SiC）在中等功率中的作用6在 6kw 和大功率 11 和 22kw 雙向車載充電器中的優勢。
隨著純電動汽車市場占有率的不斷提高，動力電池的裝機量也在不斷增加，消費者對大容量電池的充電時間也要求更快，這也導致電池的工作電壓從400V提高到800V。
電池容量充足的電動汽車將有潛力充當儲能系統，實現從車輛到其他電氣裝置的各種供電場景，如車到戶、車到電網、車對車充電等，因此OBC正在從單向拓撲向雙向拓撲轉變，未來在電動汽車中採用雙向OBC是共同趨勢。
電動汽車車載充電器設計需要高功率密度和高轉換效率，以充分利用有限的可用車輛空間，並最大限度地減少體積和重量。 雙向OBC前端由雙向AC-DC轉換器（通常為功率因數校正PFC電路或有源前端AFE電路）和後端隔離式雙向DC-DC轉換器組成。
01.PFC 或 AFE 模組
在輸入端，傳統的PFC公升壓轉換器是應用最廣泛的單向拓撲結構，但它不支援雙向操作，而圖騰柱PFC不僅支援雙向操作，而且還通過取消橋式整流器級來提高效率，將導通路徑中的半導體器件數量從三個減少到兩個。
圖騰柱PFC包含兩個或兩個以上工作在不同頻率的半橋，高頻橋臂經過公升壓整流以提高頻率開關，低頻橋臂主要整流輸入電壓，以50-60Hz的頻率進行開關。
02.DC DC轉換器模組
單向車載充電器中的直流轉換器通常是LLC諧振轉換器，但這是一種單向拓撲結構，轉換器的電壓增益在反向工作模式下受到限制，從而降低了其效能。 因此，圖3中的雙向CLLC諧振轉換車更適合雙向OBC的直流級，該級在充電和放電模式下都具有高效率和寬電壓範圍。
在電動汽車車載充電器應用中，CLLC諧振轉換器使用軟開關來提高效率，初級側採用零電壓導通（ZVS），次級側採用ZVS+ZCS組合。
03.SIC的優點：
碳化矽 SiC具有高臨界電場、高電子漂移速度、高溫和高導熱性的獨特組合，是大功率OBC的首選器件，在電晶體層面，SIC具有低導通電阻和低開關損耗，使其成為大電流和高電壓應用的理想選擇。
除了SiC之外，高功率設計中的有源元件還有另外兩種選擇，包括矽SI MOSFET和IGBT，對於圖騰柱PFC中的高功率應用，SI MOSFET二極體的反向恢復導致連續導通模式下的高功率損耗，因此其使用僅限於非連續模式操作和低功耗應用。
相比之下，SiC MOSFET允許圖騰柱PFC在連續導通模式下工作，以實現高效率、低EMI和更高的功率密度。
04.中等功率 66KW雙向OBC架構
中等功率雙向OBC通常採用單相120V或240V輸入和400VDC匯流排工作，拓撲前置放大器為單相圖騰柱PFC，後置放大器上的CLLC DC DC轉換器如圖4所示。
對於 6下表總結了雙向OBC設計的器件選擇，其中兩個60m MOSFET或乙個25m MOSFET併聯PFC，乙個60m或乙個45m MOSFET併聯DCDC。
05.大功率 11kW 或 22kW 雙向 OBC 設計
在11kW或22kW等較高功率水平下，電池電壓可以是400V或800V，目前市場正朝著800V高壓平台發展，圖5顯示了大功率三相雙向OBC的系統框圖，該OBC設計為相容400V或800V電池。
11kW雙向OBC設計可將75M 1200V MOSFET用於PFC和CLLC轉換器的初級側，在次級側，800V電池應用使用相同的75M MOSFET作為初級，40M 1200V MOSFET可用於高效能應用，對於400V電池應用，可以選擇四個650V 25V MOSFET作為次級側。
22kW 設計類似於 11kW 雙向 OBC 設計，但更高的功率輸出需要更低的 RDS（ON） 器件，PFC 和 DCDC 的初級側可以使用 32m 1200V MOSFET，相同的次級側可用於 800V 匯流排應用。 表 2 總結了三相、高功率 OBC 設計的器件選擇。
三相電源在許多歐洲家庭中很容易獲得，但典型的美國、亞洲和南美家庭只有標準的單相 240V，在這種情況下，大功率 22kW 雙向 OBC 需要同時相容單相和三相輸入，設計人員可以使用交錯技術進行單相輸入，在傳統的三相 PFC 上增加第四個臂。
圖 6 顯示了具有三個高頻臂和第四個低頻橋的交錯圖騰柱 PFC，每個橋由乙個 32m 的 1200V SiC MOSFET 提供在6kW的功率下，LF臂可以通過使用兩個SI或IGBT來減少，當有三相可用時，電路可以自動重新配置為以三相執行，使第四個臂懸而未決。
在雙向OBC中，基於SiC的解決方案在成本、尺寸、重量、功率密度和效率方面優於基於SI的解決方案。
例如，基於 SiC 的 22kW 雙向 OBC 解決方案需要 14 個功率器件和 14 個柵極驅動器，而基於 SI 的設計需要 22 個功率器件和 22 個柵極驅動器。 在比較效能時，SiC 設計實現了 97% 的效率和 3kW L 的功率密度，而 SI 設計實現了 95% 的效率和 2kWl 的功率密度。
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