EV充電向けEliteSiCソリューション

概要

EV市場のブームはさまざまな産業の発展を促進しており、EV充電は間違いなく最もインセンティブを受けているアプリケーションの1つです。EVの増大するニーズに対応するために、より多く、より高速な充電インフラの整備が必要です。同時に、低炭素目標を達成するための重要な手段であるEV充電デバイスは効率的に設計される必要があります。
 
充電モジュールにおける高出力化と効率向上のトレンドが期待されています。適切な電力部品とトポロジーを採用し、堅牢なコントローラを組み合わせることで、レンジ不安を解消し、炭素排出量を削減する高出力の充電ステーションが増えるでしょう。

電力変換ステージ

DC EV充電器はAC-DCおよびDC-DCのクラシックな電力変換段で構成されています。DC充電器のフロントエンドは、三相力率改善（PFC）ブースト段からなり、二段または三段のさまざまなトポロジーで、単方向または双方向に実装可能です。三段および三段PFC回路の例を理解するには、AND90142 - Demystifying Three Phase Power Factor Correction Topologiesを参照してください。グリッドの電圧レベル400V - 480V（三相）/ 110V – 240V（単相）は、500 – 1000Vに（さらに高い目標に向けて）ブーストされます。次のDC-DC絶縁段がバス電圧を必要な出力電圧に変換します。出力電圧はEVバッテリー電圧（通常は400Vまたは800V）に一致し、充電プロファイルを覆う必要があります。そのため、DC-DC出力範囲は150Vから1000Vまで変動するかもしれません。特定の実装は400Vまたは800Vレベルに最適化される可能性があります。
 
現在、DC EV充電器の全体的なシステム効率は約95%であり、主な損失は電力変換、ケーブル、トランスから発生します。高出力システムでは、たとえ1%の損失でも大量の熱が発生するため、効率の改善は充電器設計者にとって常に目標です。

DCウォールボックス（充電器）

DCウォールボックス（充電器）は、駐車場、住宅、オフィスなどに設置される従来の低出力AC充電器の代替と考えられています。それはコンパクトで軽量、かつ費用対効果が高いものでなければなりません。DCウォールボックスの主な価値は、OBCに依存することなく充電出力を定義することにあります。（AC充電器は電気メーターと通信インターフェースを含むシンプルなシステムであり、高出力変換段はありません。）DCウォールボックスの採用により、一部のメーカーは将来のEVからOBCを取り除き、車両コストを削減することを検討しています。しかしながら、これによりAC充電器が使用できなくなるなどの不便も生じます。

通信

コミュニケーションと接続性はEV充電器の基盤であり、異なる機能を果たします：電源ステージでの積層モジュール間、CAN、PLC、RS485は充電器OEMに依存します。車両と充電器間の充電シーケンスのために、通常CANまたはPLCが使用されます。支払い、サービス管理、メンテナンス、ソフトウェアアップグレードのための外部接続性には、BLE、Wi-Fi、4G/5Gが好まれる通信方法です。

コンプライアンスと規格

DC充電の要件を定義するさまざまな国際的な規格とプロトコルが存在します。たとえば、IEC-61851 / SAE1772、GB/Tの規格やCHAdeMO、Combined Charging System (CCS)、Tesla Superchargerのプロトコルなどです。IEC 61000-3-2/4は電力における高調波の制限を定義しています。

ディスクリート vs パワーモジュール

顧客の決定に影響を与える側面は多くありますが、高出力製品の場合、特に複数のディスクリートMOSFET/IGBTを並列に扱う際にはモジュールソリューションが強く推奨されます。モジュールアプローチは、アンバランスな電流や熱による長期的な性能、スイッチングタイミング、配線接続などといった側面を改善します。詳細は AND9100 – Paralleling of IGBTs をお読みください。