在工业电池领域，碳化硅（SiC）功率开关器件正逐渐成为备受青睐的选择。这是因为它能够实现更快的开关速度以及更出色的低损耗工作，从而在不牺牲性能的前提下，有效提高功率密度。此外，SiC 还支持 IGBT 技术无法实现的新型功率因数拓扑结构。本文将围绕工业充电器中隔离式 DC - DC 功率级的选择展开详细介绍。

隔离式 DC - DC 功率级的选择

对于隔离式 DC - DC 转换而言，可以依据应用的功率等级来挑选多种不同的拓扑结构。

半桥 LLC 拓扑

采用次级端全桥同步整流的半桥 LLC 拓扑结构，非常适合 600W 至 3.0kW 的充电器应用。其中，iGaN 功率开关适用于 600W 至 1.0kW 的充电器，而 SiC MOSFET 则适用于 1.2kW 至 3.0kW 的应用。对于 4.0kW 至 6.6kW 的应用，可选用全桥 LLC 拓扑或交错式 LLC 拓扑；双有源桥则适用于 6.0kW 至 30.0kW 的应用。通过并联多个 6.0kW 充电器，能够实现 12.0kW 至 30kW 的功率输出。

图 1. 半桥 LLC 隔离型 LLC 拓扑

全桥 LLC 拓扑

全桥 LLC 拓扑由两个半桥（S1 - S2 和 S3 - S4）组成，包含变压器初级绕组 Lm 和谐振 LC 网络。全桥电路中对角线布局的 SiC MOSFET 由相同的栅极驱动信号驱动。次级端全桥 LLC 拓扑由两个半桥（S5 - S6 和 S7 - S8）组成，使用的是同步整流 Si MOSFET。双向 Si MOSFET 开关 S9 - S10 提供了电压倍增功能，可实现 40V 至 120V 的宽电压输出。对于 40V - 120V 的宽电压范围电池充电器应用，初级端采用全桥 LLC 拓扑、次级端采用带双向开关电压倍增器同步全桥电路拓扑是合适的方案。

图 2. 带次级电压倍增器电路的全桥 LLC 拓扑

如图 3 所示，带有 2 个变压器及 2 个次级全桥同步整流电路的全桥 LLC 拓扑，适用于 4.0kW 至 6.6kW 的应用。

图 3. 带有 2 个变压器和 2 个全桥同步整流器的全桥 LLC 拓扑

交错式三相 LLC 拓扑

对于 6.6kW - 12.0kW 的大功率应用，建议采用交错式 LLC 拓扑，将功率损耗分散到多个开关和变压器中。三相交错式 LLC 由 3 个半桥（S1 - S2、S3 - S4 和 S5 - S6）、3 个谐振 LC 电路、3 个带励磁电感的变压器组成，次级端采用 3 个带谐振 LC 网络的半桥（S7 - S8、S9 - S10 和 S11 - S12）组成，以实现双向操作。初级端 3 组半桥电路以谐振开关频率工作，彼此保持 120 度相位差。此三相交错式 LLC 拓扑可产生三倍开关频率的输出纹波，并显著减小滤波电容尺寸。

图 4. 交错式三相 LLC 拓扑

双有源桥

如图 5 所示的双有源桥适用于大功率充电器应用，例如为骑乘式割草机、叉车和电动摩托车供电。双有源桥适用于 6.6kW 至 11.0kW 的工业充电器应用。

图 5. 双有源桥拓扑

单级拓扑结构适用于输入电压为 120 - 347V 单相 AC 输入的工业充电器应用。如图 6 所示，初级端带有双向 AC 开关的双有源桥适用于 4.0kW 至 11.0kW 的工业充电器应用。

图 6. 单级双有源桥转换器

通过将 2 个裸芯集成到 TOLL 或 TOLT 封装中，以实现双向开关。GaN 技术同样适用于双向开关应用。