對于多數電動汽車用戶來說，在家或是在公司進行目的地充電應該是更常用，也是更理想的方式，這樣可以免去頻繁跑直流充電站的煩惱。而車載充電機 OBC（On-board charger）是完成將交流電轉換為電池所需的直流電，并決定了充電功率和效率的關鍵部件；所以OBC技術的進步和用戶充電體驗有著非常大的關系。
隨著新能源汽車行業的發展與進步，提升新能源汽車續航里程成為了行業發展的主要任務之一，在動力電池能量密度不能持續增加的情況下，降低車用部件重量是提升續航里程的首選方案，碳化硅功率器件替代硅器件對OBC功率密度提升和重量降低有著顯著的效果。
1． 什么是OBC？
車載充電機OBC（On-board Charger）是指固定安裝在新能源汽車上的充電機，具有為新能源汽車動力電池，安全、自動充滿電的能力，充電機依據電池管理系統（BMS）提供的數據，能動態調節充電電流或電壓參數，執行相應的動作，完成充電過程。
對于新能源汽車普通消費者而言，主要關注兩個體驗：一個是駕乘體驗，包括動力性、舒適性、娛樂性等；另外一個則是充電體驗。
充電體驗是個什么概念呢？結合OBC的規格參數來說， 11kW的OBC，意味著充滿88kWh的電池（續航里程大概在650km-750km），需要8h。如果與充滿一部手機或者加滿一輛燃油車的時間來對比，這個時間無疑是漫長。
但需要注意的是，11kWh的OBC實際上已經算是功率較高的水平，滿足日常需求完全沒問題
因此不斷提高充電速率是OBC的發展方向。
大致的了解了OBC背景，接下來看一下OBC內部設計。
OBC由PFC（Power Factor Correction：功率因數校正器） + 隔離DC-DC組成的AC-DC轉換器。
常見的OBC功率水平及PFC拓撲結構矩陣如下：
常見的OBC功率水平及DC-DC拓撲結構矩陣如下:
2． OBC發展趨勢
2008年，新能源汽車作為示范工程亮相北京奧運會，國家開始大力扶持新能源汽車行業，之后的10年里，新能源汽車經歷了第一個高速發展的10年，OBC行業也在這10年中發生了巨大的變化。
欣銳科技是國內領先的車載電源制造商這里透過欣銳科技的產品發展歷史和趨勢來概覽行業的發展。欣銳科技車載電源產品在近十幾年經過不斷的迭代和更新，OBC產品效率從2012年的93%提升到現在96%，預計到2020年，車載OBC產品效率可以達到97%-98%；集成產品體積從第一代的53.3L到第三代的11.2L，縮小了近80%，質量從第一代的26kg到第三代的12kg，降低了超過50%。碳化硅器件在欣銳科技車載電源產品效率、功率密度和質量密度提升上發揮了重要作用。
圖（一）欣銳科技OBC產品技術發展趨勢
表（一）欣銳科技集成產品 （資料來源：方正證券研究報告）
3． 碳化硅功率器件在OBC中的應用
OBC典型電氣結構由PFC和DC/DC兩部分組成 ，典型拓撲如圖（二）所示。
圖（二）6.6kW OBC典型拓撲電路
二極管和開關管（IGBT、MOSFET等）是OBC中主要應用的功率半導體器件。
3.1 碳化硅肖特基二極管在OBC中的應用
如圖（二）所示，OBC的前級PFC電路和后級DC/DC輸出電路中會使用到二極管（Da、Db、D1、D2、D3、D4），對于二極管應用而言，二極管會根據應用的開關頻率在正向導通和反向截止狀態切換。
二極管工作在正向導通狀態時，為了降低二極管自身的導通損耗，需要選擇正向導通壓降（VF）值盡可能低的二極管。
二極管工作在反向截止狀態時，為了降低其截止狀態下反向漏電流（IR）帶來的損耗，需要選擇反向漏電流小的二極管。
二極管在開關狀態切換時，為了降低其開通關斷過程的損耗，需要選擇輸入電容（QC）小、開通關斷速度快的二極管。
在碳化硅功率器件批量應用前，硅基超快恢復二極管在OBC的PFC電路有廣泛應用，而在輸出電路中，半導體廠商可以提供低VF值的產品來應對客戶的應用需求，但是上述單一性能優秀的產品也存在明顯的弱點，只能適用于特定的領域。碳化硅材料的出現讓二極管的VF 、IR 、QC等技術指標同時滿足不同應用要求成為了可能。
相比與硅基肖特基二極管，碳化硅肖特基二極管的最大優勢在于反向恢復電流IR可以忽略不計。
圖（三）碳化硅二極管與硅二極管反向恢復電流對比
對于OBC的PFC電路而言，硅基肖特基二極管的反向恢復損耗在其整體損耗中占據相當的比重，在PFC電路使用碳化硅肖特基二極管可有效提升PFC電路的效率；
碳化硅肖特基二極管的QC和VF兩個主要參數相比硅基二極管也具有一定優勢，在OBC的后級輸出電路中使用碳化硅二極管可以進一步提升輸出整流的效率。
3.2 碳化硅MOSFET在OBC中的應用
在單相交流輸入的OBC（拓撲圖參考圖二）應用中，DC/DC的前段需要使用開關管將直流電壓逆變成交流電壓，由于PFC輸出的直流電壓在400V以下，且系統功率不超過6.6kW，選擇650V、20A的開關管即可。在650V 20A的檔位的開關管中，CoolMOSTM導通電阻和輸入電容QC在硅基產品中處于領先地位；650V碳化硅MOSFET跟650V CoolMOSTM相比，雖然其導通電阻和輸入電容都有一定的優勢，但價格要比同規格CoolMOSTM高3-5倍，實際應用中CoolMOSTM在此市場中占據著主導地位。
縮短充電時間和提升動力電池電壓是新能源汽車發展的兩個主要課題：對于車載充電而言，單相OBC受交流電進線電流限制，功率最大只能做到6.6kW，采用三相輸入的模式可以將目前6.6kW的功率提升到11kW，大幅提升充電速度；電池電壓提升對于OBC技術的發展具有重要意義。
輸入電壓由單相220V AC變成三相380V AC后，PFC電輸出級的電壓會相應提高到550V左右，如果采用兩電平拓撲結構，650V的CoolMOSTM已經無法滿足要求，需要選用900V/1200V的開關管器件。
電池電壓的提升，意味著OBC后級輸出電壓升高，配合目前OBC從單向到雙向的發展趨勢，DC/DC次級器件會從目前的650V二極管轉變成900V/1200V的開關管。
900V及以上規格CoolMOSTM產品成本較高，性能上與碳化硅MOSFET的差距比650V的器件更大，因此900V/1200V碳化硅MOSFET在三相11kW OBC中有著廣闊的應用前景。各車載電源廠家已經陸續開始開發三相11kW OBC，首選方案均考慮使用碳化硅MOSFET作為DC/DC輸入級開關管，可以預見，未來三相11kW OBC將會成為碳化硅MOSFET的主要應用場景之一。
圖（四）雙向OBC拓撲簡圖
結合新能源汽車行業的發展趨勢和碳化硅功率器件的特點，碳化硅二極管和MOSFET已經在OBC應用中占據一定市場份額，未來的市場占比會逐步擴大，具備較為廣闊的市場。
4． 新一代符合OBC應用的碳化硅功率器件
碳化硅功率器件相比硅基器件具有很多優勢，但部分技術指標和參數需要進一步提升，才能更好的適用于OBC系統。
4.1 適合OBC應用的新一代碳化硅肖特基二極管：
PFC電路是碳化硅二極管在OBC系統中的主要應用電路之一，其對二極管器件的抗浪涌能力要求較高，相比于硅基二極管，碳化硅二極管的抗浪涌電流能力相對較弱。如何在保證VF 、IR 、QC等核心參數不變或提升的情況下，提升器件的抗浪涌電流能力是碳化硅二極管發展面臨的重要課題之一。基本半導體推出的適合OBC行業應用的650V、20A碳化硅肖特基二極管（B1D20065HC），與國際主流競爭對手相比，主要技術參數與對手處在同一水平線或達到業內領先水平。
圖（五）650V、20A碳化硅肖特基二極管與競品主要參數對比
4.2 適合OBC應用的新一代碳化硅MOSFET：
碳化硅MOSFET開關速度快，開啟電壓Vth相比硅MOS要低不少，如何降低碳化硅MOSFET在高頻應用中的誤動作風險，是工程師在應用中碰到的最大問題。
如圖（六）、圖（七）所示，采用開爾文封裝工藝，將傳統的TO-247-3封裝變成TO-247-4封裝，可實現碳化硅MOSFET功率源極和驅動源極分開，有效降低碳化硅MOSFET關斷時L*di/dt對碳化硅MOSFET柵極的影響，降低MOSFET誤動作的風險。
圖（六） TO-247-3封裝碳化硅MOSFET 關斷過程簡圖
圖（七） TO-247-4封裝碳化硅MOSFET關斷過程
（來源：充電樁管家）
