直流快速充电能够以更高的功率为电池充电，具有充电速度快、损耗低、充电效率高，可适应大容量电池等优点，提高了电动车的可用性和便利性，随着电动车的普及和发展，已经成为当前电动车充电应用发展的主流技术，市场前景可期。本文将为您介绍直流充电的应用发展趋势，以及由艾睿电子与Infineon、ST等合作伙伴所推出的相关解决方案。
全球直流快速充电市场前景可期
依据市场分析，预计到2034年，直流快速充电器将占据公共充电器市场份额的33%。以美国市场为例，根据两党基础设施法案，将提供为期5年的国家电动汽车基础设施（NEVI）50亿美元的资助计划。
在欧洲、中东和非洲地区，目标则是到2030年建立350万个充电点，并批准投资15亿欧元用于替代燃料基础设施，包括跨欧洲网络的电动快速充电设施。
在亚太地区，根据麦肯锡的数据，预计到2030年，东盟市场预计将需要95,000个公共交流充电点和40,000个直流充电点，比目前的数量多出30倍，其中中国将占据90%以上的市场份额。
直流充电的应用场景将包括50kW – 350kW典型的功率范围，全球直流充电器在2023的数量已有868,000个，相较于2022年的330,000个，数量增长超过60%，依据2030年的规划路线发展，到2030年美国将有500,000个快速充电器，欧盟则有350万个充电点，市场发展潜力相当可观。
30kW电动汽车充电器一站式解决方案
艾睿电子的子公司eInfochips看好直流充电市场的发展，推出了30kW电动汽车充电器一站式解决方案，eInfochips的直流快速充电器设计，是一款智能、互联、面向未来的直流充电器。
eInfochips直流充电器具有10英寸大型HMI显示屏（亮度1000尼特），可通过LED和扬声器发出通知，LED可指示电源、故障、充电的状态，并具有用于用户通知的扬声器输出（3W），可使用EVWER（eInfochips的知识产权）来进行远程管理，支持CCS1/CCS2充电标准，具有超精简型的电能计量，可支持智能充电／V2G应用的OCPP 1.6J/ISO15118标准，内置过压／过流、浪涌等系统安全机制，额定功率达30 kW/60 A。
eInfochips直流充电器可分成电源模块、SECC单元等构建模块，支持输入过压／欠压、过温、过流、接地故障、RCD/CCID器件、短路、浪涌、紧急关机等输入保护，以及过温、过流、直流高压（输入/输出）、电流隔离、电击（直流隔离监视器）等输出保护，具有吉比特以太网、Wi-Fi网络接口，支持OCPP 1.6J网络通讯，以及ISO15118、IEC 61851-23, -24车载通信，以及CCS1/CCS2充电接口与电能计量功能。
这款一站式电动汽车充电解决方案，具有软件／数字平台开发，包括与云无关的方案（Azure、AWS、GCP）、高级充电功能实施、通知、推送警报、报告和仪表板，以及数据聚合和分析功能。在测试与认证方面，将预先合规和认证测试（CE、FCC、UL、RoHS、REACH等），支持进行功能、EDVT、热测试，以及IP67、冲击、压力清洗和紫外线辐射等机械功能，与质量保证和测试自动化。
此外，这款电动汽车充电解决方案还可支持移动／网络应用程序开发，这是基于多租户的网络平台，可进行跨平台Android/iOS移动应用程序开发。支持全栈设计、UI/UX、应用程序分析与多语言支持。在固件开发方面则支持BSP开发／定制／测试，可用于Linux、RTOS、Android等操作系统，支持固件应用、OTA、网络安全，以及器件驱动程序、HAL、中间件、库。
该解决方面还可提供设计到制造的制造即服务一站式解决方案，可协助制造／装配设计、元器件／供应链辅导，可提供超过15个以上的合同制造商。其硬件设计符合OCPP标准的电动汽车充电器设计，支持嵌入式、工业、机械设计，以及元器件／BoM、架构、PCB原理图、布局、信号完整性、电路板、原型设计、DFA/DFM等资源，并可提供产品生命周期管理、传统资产的现代化、L1/L2/L3支持、24x7 NOC、SLA管理、开发运营／云运营等管理服务。
支持电池电压1200V以上的高功率直流充电解决方案
由于电动汽车电池的电压从400V提高到800V，因此为了减少铜线的质量同时提高功率密度，功率器件的额定电压也提高到1200V以上。为了支持这个需求，Infineon推出了CoolSiC™ MOSFET 2kV 62 mm SiC MOS半桥模块评估板―― EVAL-FFXMR20KM1HDR，这是一款栅极驱动器板，用于在半桥配置中采用Infineon最新的CoolSiC™ MOSFET技术驱动62 mm模块。它使用的1ED3890MC12M紧凑型栅极驱动器以及升压级等器件，具有可靠性与快速的可控性，可提高驱动器的输出功率。
这款半桥模块评估板采用CoolSiC™ Trench MOSFET技术的62 mm、2kV模块的半桥驱动器，支持分离源极和灌极以优化栅极驱动，采用1ED3890MC12M或1ED3890MU12M（X3数字）驱动器IC，带有I2C总线，可用于参数调整，支持硬件欠压锁定（UVLO）保护，适当的PCB设计可限制运行期间PCB的发热，具有可调斜率、稳定时间和稳定水平的两级关断（TLTO），负电压调节范围为-5 V至0 V，是一款即插即用、随时可用的器件测试板解决方案，具有可进行高开关频率的正电压调整，PCB设计可限制运行期间PCB的发热等好处，可应用于电动汽车充电、光伏、不间断电源（UPS）等领域。
这款评估板中采用的EiceDRIVER™ 1ED38x0Mc12M增强型，是一款单通道5.7 kV（rms）隔离式栅极驱动器IC，具有I2C可配置性，适用于DESAT、软关断、UVLO、米勒钳位和可选的两级关断。此栅极驱动器可支持650 V、1200 V、1700 V、2300 V IGBT、SiC和Si MOSFET。
这款栅极驱动器支持40 V绝对最大输出电源电压，以及±3 A、±6 A和±9 A典型灌电流和拉电流峰值输出电流，具有独立的源输出和灌电流输出，用于硬开关或可选的两级关断以及有源米勒钳位，I2C总线可用于参数配置和状态寄存器读出，支持精确、可调节、温度补偿的VCEsat检测（DESAT），具有故障输出，与去饱和检测后可调节IGBT软关断，可在高达125 ℃的高环境温度下运行，并在160 ℃（±10 ℃）时过温关闭。
这款栅极驱动器可支持严格的IC到IC传播延迟匹配（tPDD, max = 30 ns），输入和输出侧具有迟滞欠压锁定保护，并具有主动关断功能，集成ADC比较器可产生可配置反馈或故障关闭行为，高共模瞬态抗扰度（CMTI）为200 kV/μs，采用节省空间的小型DSO-16细间距封装，具有大爬电距离（大于8 mm），通过UL 1577、VDE 0884-11安全认证，符合工业应用要求。
完整的 30kW 电动车充电器功率模块一站式解决方案
ST也推出了电动汽车充电器的30kW功率模块解决方案，其中包括带有数字控制的30 kW Vienna PFC整流器参考设计──STDES-30KWVRECT，这款参考设计可为基于三电平Vienna拓扑的大功率三相有源前端（AFE）整流器应用，引入了完整的数字电源解决方案。
借助SCTWA90N65G2V-4和STPSC40H12C，该平台的峰值效率超过98.5%。其采用STM32G474RE混合信号高性能微控制器进行全数字控制，可对功率因数、直流电压和软启动程序进行全面控制。STDES-30KWVRECT实现了低总谐波失真（满载时THD小于5%）和高功率因数（满载时高于0.99），同时提供高带宽连续传导模式（CCM）电流调节。
这款参考设计包含一个三相三电平AC-DC电源转换器，支持800 V直流电压额定电压、400 V交流电压额定电压，具有最大功率30 kW，功率因数大于0.99，浪涌控制和软启动额定运行时THD低于5%。
在基于SiC MOSFET和SiC二极管的功率部分，支持70 kHz高频工作，具有大于98.5%的更高效率，并联SiC MOSFET可提供更高功率和平衡共享电流，缩减无源器件的重量和尺寸。
在基于STM32G474RE微控制器的控制部分，包含SWD–UART、I²C和DAC等控制和监控接口，还有64引脚的数字电源连接器，LED状态可做为用户接口，四个集成的高性能运算放大器可提供更多功能。
此外，ST还推出采用STM32G4的30 kW SiC MOSFET DC-DC转换器，可用于电动汽车充电器。这款带数字控制的直流充电模块30 kW三相LLC参考设计（STDES-30KWLLC）的额定输出功率为30 kW，开关频率为100-300 kHz，支持650 VDC – 850 VDC的直流输入电压与200 VDC – 1000 VDC直流输出，峰值效率大于98%，内置STM32G474这款高性能的32位MCU，采用PFM操作模式，输入具有欠压保护、过压保护、过流保护，输出支持过压保护、过流保护功能。
这款转换器是基于1200 V SiC器件和高开关频率，可实现更高效率，采用更少的SiC MOSFET，可通过单个LLC转换器实现更高的功率，并具有宽范围、高输出电压。
ST另一款用于电动车充电站的30 kW三相Vienna整流器，具有三相345 VAC至460 VAC，频率47 Hz至63 Hz输入交流电压，最大输入电流为55 ARMS，直流输出电压为800 VDC，额定输出功率30 kW，开关频率70 kHz，峰值效率大于98.7%，满载运行时功率因数为0.99，THD低于5%，内置STM32G474高性能32位MCU。这款30 kW三相Vienna整流器是基于SiC器件的解决方案，可实现更高的效率，具有极低的THD（总谐波失真）、更高的可靠性，设计复杂度低。
ST另一款带数字控制暖机的60 kW三相并联LLC则具有650 VDC – 850 VDC直流输入电压，200 VDC – 1000 VDC直流输出，额定输出功率为60 kW，峰值效率大于98%，内置STM32G474高性能32位MCU，这是基于SiC器件的解决方案，可实现更高的效率，并联LLC使用更少的SiC MOSFET来实现更高的功率，具有宽范围、高输出电压。
ST基于STM32G4和SiC的解决方案，将有助于实现高性能电动汽车充电器，共包括可实现大功率电动汽车充电器的PFC与DCDC整体解决方案，并可为客户提供先进的完整元器件（SiC MOSFET、SiC二极管、STGAP、STM32），30 kW三相解决方案可在160 kHz 700 Vout半负载下实现 98% 峰值效率。
结语
直流快速充电在电动车应用中的发展日趋快速，重要性也日渐提高，是现代电动车技术中的关键技术。直流快速充电系统能够以更高的功率为电池充电，相比交流充电可更快地充满电池，为电动车的普及和发展提供了重要支持，提升了电动车的用户体验和可用性。本文所介绍的多款解决方案，将能够加快客户设计直流快速充电产品的速度，请直接与艾睿电子联系，以进一步了解更多的技术细节。
文章来源：艾睿电子