【导读】于工业4.0时代，从便携式电开工具到重型AGV（主动扶引车），电池供电装备正加快渗入制造业、仓储物流及修建范畴。然而，工业级充电器的设计挑战重重：既要蒙受严苛情况（如高温、震惊、粉尘），又需于120V~480V宽输入电压下连结高效不变，同时满意轻量化、无电扇散热的需求。碳化硅（SiC）功率器件的突起，正为这一难题提供破局要害——其超快开关速率及低损耗特征，不仅晋升了功率密度，更解锁了传统IGBT难以实现的新型PFC（功率因数校订）拓扑。本文将深切解析工业充电器的PFC级设计计谋，助您精准选型。

简介

工业电池充电器需要为差别的电池充电，如铅酸电池、镍氢电池及锂离子电池。年夜大都基在电池的新型工业装备重要利用12 伏至120 伏的锂离子电池及磷酸锂电池。

锂离子电池组的典型运用

工业充电器由PFC前端电路与带恒压恒流节制的断绝式DC-DC变换级构成。

典型电池充电体系框图

于很多设计中城市利用微节制器来对于充电器举行编程，以顺应差别的电池电压及电流容量。为了实现更快速且高效率的充电，需要利用高频充电器。智能电池充电体系可以或许检测电池的电压及容量，并按照恒定电压模式举行充电，同时经由过程监测电池的电压、电流及温度来调治所需的充电电流。SiC MOSFET可于高事情频率及高温情况下不变运行，开关损耗及导通损耗更低。极低的功率损耗使患上电池充电器可以实现高功率密度及高效率，散热片更小，并能天然对于流冷却。

PFC 级选型

接下来，咱们将对于这些拓扑布局举行选型阐发，并会商它们于差别电池供电运用中的合用性。

➤升压 PFC拓扑

持续导通模式升压PFC 是一种简朴、低成本的解决方案。升压拓扑由输入EMI 滤波器、桥式整流器、升压电感、升压场效应管及升压二极管构成。

升压PFC拓扑

定频平均模式节制器可用在实现高功率因数及低总谐波掉真（THD），并调治输出电压。保举利用安森美NCP1654及 NCP1655CCM PFC 节制器。对于在年夜功率运用，可使用交错式PFC节制器，如FAN9672及FAN9673。升压二极管(D1) 保举利用650V EliteSiC 二极管。EliteSiC MOSFET 可用在高频及年夜功率运用，如2 kW 至6.6 kW。带有iGaN（集成栅极驱动器）的图腾柱PFC 节制器IC（如NCP1681）可用在600 W 至1.0 kW 的运用。硅超等结MOSFET 及IGBT可用在 20 kHz 至 60 kHz 的低频运用。

于年夜功率运用中，输入电桥损耗较着更高。用Si 或者SiC MOSFET 等有源开关代替二极管，可以降低功率损耗。半无桥PFC 及图腾柱PFC 拓扑很是风行，它们可以省去桥式整流器，从而削减损耗。

➤图腾柱PFC

图腾柱PFC 由EMI 滤波器、升压电感、高频半桥、低频半桥、2通道栅极驱动器及定频图腾柱PFC 节制器NCP1681B构成。

腾柱 PFC拓扑

基在 SiC的 3 kW 图腾柱 PFC及 LLC电源

图腾柱 PFC的高频支路要求功率开关中集成的二极管具备低反向恢复时间。SiC及 GaN功率开关合用在图腾柱PFC 的高频支路。安森美建议于600 W 至1.2 kW 运用中利用带集成栅极驱动器的iGaN，于1.5 kW 至6.6 kW 运用中利用SiC MOSFET。集成SiC 二极管的IGBT 可用在20 - 40 kHz 的运用。低频支路可以使用低RDS(on) 硅超等结MOSFET 或者低VCE(SAT) IGBT。交错式图腾柱PFC 可用在4.0 kW 至6.6 kW 运用。

基在MOSFET的图腾柱PFC级经由过程去除了粗笨且损耗年夜的桥式整流器，提高了效率及功率密度。安森美的650V EliteSiC MOSFET很是合适图腾柱PFC的高频支路。安森美650V EliteSiC MOSFET如NTH4L045N065SC1及NTH4L032N065M3S合适3.0kW的运用；NTH4L015N065SC1及行将上市的NTH4L012N065M3S合适6.6kW的运用。NTHL017N60S5H则合用在图腾柱PFC的低频支路。