电动汽车充电市场正在经历显着增长，其雄心勃勃的目标是到 2028 年达到约 1600 万个电动汽车充电站。对客户来说至关重要的一件事是尽快为电动汽车充电，从而有助于缓解里程焦虑。
为了缩短充电时间，推出了直流快速充电器，输出功率范围从 50 kW（充电时间约 80 分钟）到 350 kW（充电时间约 12 分钟）。为了跟上高压电池的步伐，电动汽车充电器的电压等级也相应提高至800V。
如图 1 所示，目前有各种类型的电动汽车充电级别可供选择。选择取决于特定因素或要求，例如输出功率、公共或家庭安装以及充电器转换器的类型。
图 1：不同类型的电动汽车充电水平（Broadcom）。
图 2 左侧描绘了直流壁箱 EV 充电器的常见拓扑。它包括一个图腾柱 PFC 转换器级，后面是一个隔离式 DC-DC 级。高功率直流电动汽车充电器的另一种常见拓扑（如右图所示）使用 PWM 整流器作为三相输入电压，后接 DC-DC 转换器。
图 2：直流快速充电的主要拓扑（Broadcom）。
电力
电子的趋势
电力电子的主要趋势是生产更高效、更紧凑、更可靠的产品。这些应用不仅包括电动汽车充电站，还包括可再生能源发电和储能系统。为了减少损耗，功率器件的工作电压不断提高，从 400V 提高到 800V，在太阳能电池板等应用中甚至达到 1,500V。
使用宽带隙 (WBG) 器件可以满足高电压要求，由于开关和传导损耗较低，因此可以实现更高的效率，并且由于开关频率的增加而减小了尺寸和重量，因此可以实现更高的功率密度。此外，安全至关重要，需要适当的监控解决方案。
隔离的作用
在许多此类应用中，特别是在直流快速充电站中，一个关键方面是隔离。隔离栅可确保人员和电动汽车驾驶员的安全操作，并保护敏感硬件组件（例如微控制器和其他数字元件）免受高电压的影响。
为了实现隔离，存在三种不同的主要技术，每种技术都使用不同的绝缘材料：
光学技术（
光耦合器）。绝缘材料由三层组成（Silicone / Kapton Tape / Silicone），提供非常好的绝缘强度。由于检测器侧采用了法拉第屏蔽，因此 EMI/EMC 敏感性非常好。由于
耦合器内部有屏蔽，这种解决方案不受任何类型的 dV/dt 影响。
磁力耦合器。绝缘由单层聚酰亚胺提供，绝缘强度尚可。EMI/EMC 敏感性较弱。
电容耦合器。这里采用一层二氧化硅作为绝缘材料，绝缘等级较弱。EMI/EMC 敏感性一般。
对于光耦合器，有一个特定的 IEC 标准，即 IEC-60747-5-5（增强版），该标准在过去 30 年中制定，如今也已完全确立。对于另外两种绝缘技术，我们存在分歧。然而，在这场对峙中，非常重要的是可靠性的寿命和产品的故障。隔离栅的故障意味着转换器的所有高电压都可能传输给电动汽车充电器的用户。
博通的解决方案
特别针对栅极驱动光耦合器等产品，Broadcom 提供了多种适合驱动不同类型功率半导体的器件，例如硅 IGBT、碳化硅 MOSFET 或 GaN
晶体管（见图 3）。
如图 3 所示，每一类产品都分为两个主要组：基本组和智能组。例如， ACFL -3161是一款 10A 栅极驱动光耦合器器件，专为空间受限的高压工业应用（例如逆变器和电机驱动器）而设计，并采用 SSO-12 封装。共模瞬变抗扰度（CMTI）超过100 kV/μs，有效降低混沌环境下噪声引起的栅极驱动器故障风险。此外，新器件的传播延迟小于 95ns，可实现高频开关并提高 IGBT 和 SiC/GaN MOSFET 的工作效率。该产品系列的智能版本，例如ACPL-355JC，包括功能，例如集成故障安全 IGBT 和 SiC MOSFET 诊断、保护和故障。
栅极驱动器有不同代，导致峰值输出电流、传播延迟、上升/下降时间和 CMTI 不断改进。ACFJ -3262是一款 10A 双通道栅极驱动光耦合器，具有双轨到轨输出，用于单独的源和接收器。对于所有这些栅极驱动器，博通提供参考设计以及评估板。2023/2024 年路线图上的第三代栅极驱动器将提供进一步的性能改进。
图 3：用于 SiC 和 GaN 功率开关的 Broadcom 栅极驱动器（Broadcom）
Broadcom 提供的另一组隔离器是隔离电流和电压传感器。电动汽车充电器需要这些器件来产生两种主要电压和电流。特别是对于快速直流充电器，必须有一个非常快、带宽非常低的电流环路来测量电流，同时能够检测短路。
例如，ACPL-C72B 是一款
隔离放大器，专为电子功率转换器中的电流感应而设计。在典型的电动汽车充电应用中，电流流经外部分流电阻器，隔离放大器感测由此产生的模拟压降。在光隔离势垒的另一侧，会产生与电流成比例的差分输出电压。还提供具有数字输出电压的电流传感器。
为了测量直流或交流电压，Broadcom 推出了光隔离电压传感器，例如ACPL-C877，这是一款专为电压感测而设计的 1 位二阶 Σ-Δ 调制器。基于光耦合技术，Σ-Δ调制器通过电流隔离将 0V 至 2V 的模拟输入信号转换为高速数据流。其他隔离电压传感器也可提供模拟输出电压。这些器件的输入阻抗（1 GΩ），有助于降低系统的功率损耗。
现在让我们考虑一下交流充电器，如图 1 前两列中的充电器。Broadcom 有一种特殊产品，可用于保护性接地检测，这是此类充电器所需的设备。例如，ACPL-K376 可以在开始为车辆充电之前检测接地保护。该器件是一款电压/电流阈值检测光耦合器，采用高效 AlGaAs LED，可在较低驱动电流下提供更高的光输出。
