大功率超级快充来袭，哪些元器件需要更换
在电动化趋势推动之下，新能源汽车产业拾级而上，燃油车全面退出已成为不可逆转的趋势。ev volumes数据显示，2021年全球新能源汽车销量为675万辆，同比增长108%，渗透率突破8.3%。显而易见，随着新能源汽车“三电系统”，电池、电驱、电控等技术在创新升级中逐步完善，新能源汽车市场渗透率将大幅提升，逐渐完成“政策驱动”向“市场驱动”的过渡。
新能源汽车市场潜力广阔，但长期以来，续航里程短、充电时间长、电池安全性等问题仍然掣肘着新能源汽车的发展。为此，主流车企积极寻求破局之道，提升电池容量、提高补能效率、缩短充电时间逐渐成为突破瓶颈的切入点。
理论上，在带电量相同的情况下，充电功率越高，充电速度就越快。因而，提高充电功率成为有效化解电动汽车里程焦虑的途径之一。对于新能源汽车而言，升级大功率快充牵一发动全身，势必带动着半导体元器件的替换与升级。
在高压、大电流架构之下，无论是整车系统还是充电桩、电池、电驱、ptc辅助、空调系统等需要重新适配，充电枪、线束、接触器和熔断器等也需根据高压架构来调整。功率半导体需具备更高耐压等级和开关损耗，磁性元件也朝着高功率、小尺寸、模块化方向发展。本文将以磁性元件和保护器件为例，说明大功率超级快充如何影响电动汽车充电系统的元器件选择。
大功率快充带动整车元器件全面升级
业界普遍认为，大功率快充要求充电电流大于2c，充电时间小于30分钟，而其实现方式无外乎提高电流或提升电压两种。低压大电流模式将会增加电气系统发热量，对散热技术、线束标准以及空间都提出了更高要求，提升至600a已是极限，难以满足更为快速的充能需求。高压技术路线则可降低热损耗、减轻整车质量、优化动力结构、提高安全性能，从而成为提升充电速率的最佳选择。
通过大功率快充，充电产生的热量将大幅提高，对元器件耐压等级、绝缘性能、开关损耗、抗高温性能等方面提出了更高的要求。对于元器件制造商而言，挑战也随之而来。以磁性元件为例，元器件制造商不仅需要研发更高性能的高频磁性材料，提高元器件性能参数，还需要提高生产工艺以满足复杂多变的工艺要求，同时不断缩小元器件尺寸。
另外，安全性能是大功率快充的一大痛点，保证高压电路系统安全可靠应该从元器件制造商处着手。除了提高元器件的耐压等级与绝缘性能，元器件制造商还需要对保险丝等保护器件进行优化，提高其分断与灭弧能力。
就国内而言，为缩短充电时间，提高补能效率，推动新能源汽车全面普及，比亚迪、小鹏、吉利、华为等主流企业纷纷入场，推出高压平台解决方案，为大功率快充应用落地提速。预计到2026年，800v以上高压平台销量将超过580万辆，占电动汽车50%以上，而800v以上高压平台车型存量可达1,300万左右。
此外，电动汽车传导充电连接装置国家标准也已于今年初正式启动修订。超级充电技术标准的修订，意味着大功率快充正式纳入国家标准体系，进一步推动国内电动汽车产业向大功率快充迈进。在此标准下，充电电压最高可达1,000v（1,500v），最大电流达600a，充电功率最高可提升至900kw，充电时间大幅缩短至10分钟以内。
电源转换系统面临全面升级
随着新能源汽车迈入大功率快充时代，充电电压提高至800v，甚至突破1,000v，对充电模块转换装置提出了更高的要求。作为电动汽车电源转换系统的重要组成部分，整流器、薄膜电容、磁性元件等器件在汽车充电模组中占据了较大空间比例，其性能关乎整个转换模组的优劣。
贸泽电子的超快整流器vs-e5px6012l-n3，是一款来自vishay的x系列1,200v第五代fred pt® 整流器。从其参数来看，vs-e5px6012l-n3的重复峰值反向电压可达1,200v，均值正向电流的最大额定值为60a。在100hz正弦波，壳温为45℃条件下，正向单次浪涌电流可达420a，具有良好的抗冲击和过电流能力。
图2：vs-e5px6012l-n3（图源：vishay）
在正向电流为60a，结温为125℃时，vs-e5px6012l-n3的正向压降最大约2.1v，导通损耗较低；在结温为25℃的条件下，当反向电压为1,200v时，该整流器的反向电流最大值仅为50μa，具有低正向压降和低反向电流的特性。
图3：正向压降特性以及反向电流、反向电压典型值（图源：vishay）
在正向电流为60a、反向电压为800v时，vs-e5px6012l-n3反向恢复时间约90ns，开关特性良好；峰值恢复电流为32a，反向恢复电荷为1570nc，大幅降低了器件导通损耗及关断损耗。
整体而言，vs-e5px6012l-n3整流器具备低导通损耗和开关损耗的独特优势，是软开关/谐振高频转换器的最佳选择。该器件专为提高pfc效率和ev/hev电池充电站的输出整流级、太阳能逆变器的升压级和ups应用而设计，可与mosfet或高速igbt完美匹配。
图4：vs-e5px6012l-n3动态特性（图源：vishay）
同时，vs-e5px6012l-n3采用to-247ad 2l（单二极管）封装，工作温度范围宽、高温特性好，拥有更高的可靠性，可适应-55℃到+175℃温度范围内的不同工作环境。
与同类硅片解决方案相比，整流器的损耗降低10%。该整流器大幅提高了系统效率，导通损耗降低了10%。针对频率范围为50khz的应用，在相同的正向电压条件下，vs-e5px6012l-n3的开关损耗与qrr（反向恢复电荷）降低了超过40%，为客户提供了更加经济高效的替代方案。
同样来自制造商vishay的mkp339 x2抗干扰薄膜电容器，在贸泽电子网站上的制造商编号为bfc2339xxxxx。mkp339 x2系列电容器是一款mkp（金属化聚丙烯薄膜）径向灌封型电容，具有损耗小、内部温升小、击穿可自愈、阻燃性能良好等优势。
具体来看，如制造商编号为bfc233926224的电容器，电容值为0.22μf，容差为±20%，引线间隔为15mm，额定交流电压值达310v，额定直流电压值为630v。此外，此电容器工作温度范围在-55℃至+110℃之间，且在宽温度范围内，电容值与耗散因数仍可保持高度稳定，具有优秀的耐高温与高频绝缘性能。
整体而言，mkp339 x2系列电容器的引线间距覆盖从7.5mm到27.5mm的范围，符合aec-q200标准要求。此外，mkp339 x2薄膜电容器的电容范围为0.001μf至4.7μf，能够满足绝大多数高电压、大电流及高脉冲强度电路的参数需求，适用于标准跨线x2应用。与其他技术相比，mkp339 x2薄膜电容器的电容值更高，且内部串联结构能够保持电容量，延长使用寿命。
图6：薄膜、陶瓷片和多层emi抑制电容器典型电路及安规电容器图（图源：vishay）
在新能源汽车的大功率模块应用中，还可以使用集成模块产品，在电动交通领域，bel power solutions有非常高效的车载电源转换产品，为电动卡车、电动大巴、电动乘用车以及混合动力汽车提供包括dc-dc转换器、车载充电器和dc-ac逆变器等解决方案。
bel的350dnc40-12-8g，就是一款适合新能源汽的隔离式dc/dc降压转换器。350dnc40-12-8g的突出优势是输出功率高且效率高，单个产品功率高达4kw，4个组合输出功率最高达16kw。可将hvdc电压转换为适合为低压（12vdc/24vdc）附件供电的lvdc电压，兼具高效率、高可靠性、低输出电压噪声、出色的动态响应等优势，广泛适用于混合动力（hev）汽车和电动汽车等领域。
该转换器可将240v-430v直流高压电转换为12v低压直流电，输出最大电流支持278a。同时，350dnc40-12-8g配置了can总线串行接口，可通过软件调节输出电压平均值。350dnc40-12-8g防水等级为ip65和ip67，输入输出之间完全电隔离，可实现过温、输出过压和过流保护、输入和输出反极性保护，能够有效降低抑制纹波，避免电磁干扰，提高整车充电系统安全性能。
在保证系统可靠性和稳定性的前提下，350dnc40-12-8g典型效率达到93%，通过搭载bcl25-700-8车载电池充电器，可有效缩短整车系统充电时间，提高整车续航里程。
此外，bel power solutions还为350dnc40-12-8g搭配了相应的接插件套件350dnc40-con-kit-9g，配套使用350dnc40-con-kit-9g，为350dnc40-12-8g的可靠性与安全性提供了更佳保障。
构筑完善的高压安全架构
对于大功率快充而言，其工作电压远高于安全电压，放电电流也高达数十安，乃至上百安，一旦发生过载、短路或漏电等情况，将会对整车系统或器件造成热损伤、绝缘破坏，甚至发生起火、爆炸或人身伤亡事故。因此，如何保障动力电池系统和高压系统安全可靠，优化高压系统安全回路设计，逐渐成为当前主流车企亟待解决的难题。
面向高压电路系统，通过在回路中配置熔断器/保险丝、ntc热敏电阻等器件，可实现温度实时监测与控制，在电路发生过电流、过电压或过温的情况下，能够快速切断电路、熄灭电弧，从而确保整车系统安全及人身安全。
0adac0600-be的额定电压为600vac/dc，额定电流为0.6a，分断能力高达10ka，在过载或短路时拥有非常快速的响应速度，10倍额定电流时可在0.001至0.01秒之内断开电路。
此外，该保险丝还采用陶瓷材料制备，能够在电流过载时快速切断发生故障的子系统，保证其余子系统能够正常运行，为高能量和大功率应用提供过电流安全保护，极大地减少了因电气故障引发的整机瘫痪。
图9：保险丝时间电流曲线（图源：bel fuse）
整体而言，0adac0600-be保险丝在高压系统中的快速分断能力，在电动汽车高压快充应用中极具优势。因此，在汽车dc/dc转换模块、功率逆变器等应用领域，0adac0600-be保险丝可提供稳定可靠的安全保护功能。
单次脉冲发生器电路图
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理论上，在带电量相同的情况下，充电功率越高，充电速度就越快。因而，提高充电功率成为有效化解电动汽车里程焦虑的途径之一。对于新能源汽车而言，升级大功率快充牵一发动全身，势必带动着半导体元器件的替换与升级。
在高压、大电流架构之下，无论是整车系统还是充电桩、电池、电驱、ptc辅助、空调系统等需要重新适配，充电枪、线束、接触器和熔断器等也需根据高压架构来调整。功率半导体需具备更高耐压等级和开关损耗，磁性元件也朝着高功率、小尺寸、模块化方向发展。本文将以磁性元件和保护器件为例，说明大功率超级快充如何影响电动汽车充电系统的元器件选择。
大功率快充带动整车元器件全面升级
业界普遍认为，大功率快充要求充电电流大于2c，充电时间小于30分钟，而其实现方式无外乎提高电流或提升电压两种。低压大电流模式将会增加电气系统发热量，对散热技术、线束标准以及空间都提出了更高要求，提升至600a已是极限，难以满足更为快速的充能需求。高压技术路线则可降低热损耗、减轻整车质量、优化动力结构、提高安全性能，从而成为提升充电速率的最佳选择。
通过大功率快充，充电产生的热量将大幅提高，对元器件耐压等级、绝缘性能、开关损耗、抗高温性能等方面提出了更高的要求。对于元器件制造商而言，挑战也随之而来。以磁性元件为例，元器件制造商不仅需要研发更高性能的高频磁性材料，提高元器件性能参数，还需要提高生产工艺以满足复杂多变的工艺要求，同时不断缩小元器件尺寸。
另外，安全性能是大功率快充的一大痛点，保证高压电路系统安全可靠应该从元器件制造商处着手。除了提高元器件的耐压等级与绝缘性能，元器件制造商还需要对保险丝等保护器件进行优化，提高其分断与灭弧能力。
就国内而言，为缩短充电时间，提高补能效率，推动新能源汽车全面普及，比亚迪、小鹏、吉利、华为等主流企业纷纷入场，推出高压平台解决方案，为大功率快充应用落地提速。预计到2026年，800v以上高压平台销量将超过580万辆，占电动汽车50%以上，而800v以上高压平台车型存量可达1,300万左右。
此外，电动汽车传导充电连接装置国家标准也已于今年初正式启动修订。超级充电技术标准的修订，意味着大功率快充正式纳入国家标准体系，进一步推动国内电动汽车产业向大功率快充迈进。在此标准下，充电电压最高可达1,000v（1,500v），最大电流达600a，充电功率最高可提升至900kw，充电时间大幅缩短至10分钟以内。
电源转换系统面临全面升级
随着新能源汽车迈入大功率快充时代，充电电压提高至800v，甚至突破1,000v，对充电模块转换装置提出了更高的要求。作为电动汽车电源转换系统的重要组成部分，整流器、薄膜电容、磁性元件等器件在汽车充电模组中占据了较大空间比例，其性能关乎整个转换模组的优劣。
贸泽电子的超快整流器vs-e5px6012l-n3，是一款来自vishay的x系列1,200v第五代fred pt® 整流器。从其参数来看，vs-e5px6012l-n3的重复峰值反向电压可达1,200v，均值正向电流的最大额定值为60a。在100hz正弦波，壳温为45℃条件下，正向单次浪涌电流可达420a，具有良好的抗冲击和过电流能力。
图2：vs-e5px6012l-n3（图源：vishay）
在正向电流为60a，结温为125℃时，vs-e5px6012l-n3的正向压降最大约2.1v，导通损耗较低；在结温为25℃的条件下，当反向电压为1,200v时，该整流器的反向电流最大值仅为50μa，具有低正向压降和低反向电流的特性。
图3：正向压降特性以及反向电流、反向电压典型值（图源：vishay）
在正向电流为60a、反向电压为800v时，vs-e5px6012l-n3反向恢复时间约90ns，开关特性良好；峰值恢复电流为32a，反向恢复电荷为1570nc，大幅降低了器件导通损耗及关断损耗。
整体而言，vs-e5px6012l-n3整流器具备低导通损耗和开关损耗的独特优势，是软开关/谐振高频转换器的最佳选择。该器件专为提高pfc效率和ev/hev电池充电站的输出整流级、太阳能逆变器的升压级和ups应用而设计，可与mosfet或高速igbt完美匹配。
图4：vs-e5px6012l-n3动态特性（图源：vishay）
同时，vs-e5px6012l-n3采用to-247ad 2l（单二极管）封装，工作温度范围宽、高温特性好，拥有更高的可靠性，可适应-55℃到+175℃温度范围内的不同工作环境。
与同类硅片解决方案相比，整流器的损耗降低10%。该整流器大幅提高了系统效率，导通损耗降低了10%。针对频率范围为50khz的应用，在相同的正向电压条件下，vs-e5px6012l-n3的开关损耗与qrr（反向恢复电荷）降低了超过40%，为客户提供了更加经济高效的替代方案。
同样来自制造商vishay的mkp339 x2抗干扰薄膜电容器，在贸泽电子网站上的制造商编号为bfc2339xxxxx。mkp339 x2系列电容器是一款mkp（金属化聚丙烯薄膜）径向灌封型电容，具有损耗小、内部温升小、击穿可自愈、阻燃性能良好等优势。
具体来看，如制造商编号为bfc233926224的电容器，电容值为0.22μf，容差为±20%，引线间隔为15mm，额定交流电压值达310v，额定直流电压值为630v。此外，此电容器工作温度范围在-55℃至+110℃之间，且在宽温度范围内，电容值与耗散因数仍可保持高度稳定，具有优秀的耐高温与高频绝缘性能。
整体而言，mkp339 x2系列电容器的引线间距覆盖从7.5mm到27.5mm的范围，符合aec-q200标准要求。此外，mkp339 x2薄膜电容器的电容范围为0.001μf至4.7μf，能够满足绝大多数高电压、大电流及高脉冲强度电路的参数需求，适用于标准跨线x2应用。与其他技术相比，mkp339 x2薄膜电容器的电容值更高，且内部串联结构能够保持电容量，延长使用寿命。
图6：薄膜、陶瓷片和多层emi抑制电容器典型电路及安规电容器图（图源：vishay）
在新能源汽车的大功率模块应用中，还可以使用集成模块产品，在电动交通领域，bel power solutions有非常高效的车载电源转换产品，为电动卡车、电动大巴、电动乘用车以及混合动力汽车提供包括dc-dc转换器、车载充电器和dc-ac逆变器等解决方案。
bel的350dnc40-12-8g，就是一款适合新能源汽的隔离式dc/dc降压转换器。350dnc40-12-8g的突出优势是输出功率高且效率高，单个产品功率高达4kw，4个组合输出功率最高达16kw。可将hvdc电压转换为适合为低压（12vdc/24vdc）附件供电的lvdc电压，兼具高效率、高可靠性、低输出电压噪声、出色的动态响应等优势，广泛适用于混合动力（hev）汽车和电动汽车等领域。
该转换器可将240v-430v直流高压电转换为12v低压直流电，输出最大电流支持278a。同时，350dnc40-12-8g配置了can总线串行接口，可通过软件调节输出电压平均值。350dnc40-12-8g防水等级为ip65和ip67，输入输出之间完全电隔离，可实现过温、输出过压和过流保护、输入和输出反极性保护，能够有效降低抑制纹波，避免电磁干扰，提高整车充电系统安全性能。
在保证系统可靠性和稳定性的前提下，350dnc40-12-8g典型效率达到93%，通过搭载bcl25-700-8车载电池充电器，可有效缩短整车系统充电时间，提高整车续航里程。
此外，bel power solutions还为350dnc40-12-8g搭配了相应的接插件套件350dnc40-con-kit-9g，配套使用350dnc40-con-kit-9g，为350dnc40-12-8g的可靠性与安全性提供了更佳保障。
构筑完善的高压安全架构
对于大功率快充而言，其工作电压远高于安全电压，放电电流也高达数十安，乃至上百安，一旦发生过载、短路或漏电等情况，将会对整车系统或器件造成热损伤、绝缘破坏，甚至发生起火、爆炸或人身伤亡事故。因此，如何保障动力电池系统和高压系统安全可靠，优化高压系统安全回路设计，逐渐成为当前主流车企亟待解决的难题。
面向高压电路系统，通过在回路中配置熔断器/保险丝、ntc热敏电阻等器件，可实现温度实时监测与控制，在电路发生过电流、过电压或过温的情况下，能够快速切断电路、熄灭电弧，从而确保整车系统安全及人身安全。
0adac0600-be的额定电压为600vac/dc，额定电流为0.6a，分断能力高达10ka，在过载或短路时拥有非常快速的响应速度，10倍额定电流时可在0.001至0.01秒之内断开电路。
此外，该保险丝还采用陶瓷材料制备，能够在电流过载时快速切断发生故障的子系统，保证其余子系统能够正常运行，为高能量和大功率应用提供过电流安全保护，极大地减少了因电气故障引发的整机瘫痪。
图9：保险丝时间电流曲线（图源：bel fuse）
整体而言，0adac0600-be保险丝在高压系统中的快速分断能力，在电动汽车高压快充应用中极具优势。因此，在汽车dc/dc转换模块、功率逆变器等应用领域，0adac0600-be保险丝可提供稳定可靠的安全保护功能。
单次脉冲发生器电路图
中兴通讯6项目5G融合应用揭榜赛获奖
指令集屏和DGUS屏之间的区别是什么
关出老千什么事 三星VR新专利用智能戒指控制联网设备
十年周期律再现，AI对安防新业态下的变革趋势以及市场竞争格局的影响
大功率超级快充来袭，哪些元器件需要更换
华为智能联接的产业创新方向，助力开启数字经济的万亿蓝海市场
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AGV小车与人工叉车的区别
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跑步机蓝牙音频芯片，蓝牙音乐传输IC方案，WT2605
四维图新旗下杰发科技为汽车“新四化”发展保驾护航
中国移动正在构建“终端+专网+平台+应用”的5G能力体系
基于低功耗蓝牙无线电的新型高质量无线音频LE Audio评测平台介绍
5分钟看透小米MIX2和小米Note3手机
仿真器和模拟器有什么不一样？
Intel取消停产Pentium G3420处理器决定 将再次长期启用这款产品
世界微波射频领域传奇人物
光伏跟踪支架的市场来临，“双面+跟踪”将成为趋势