概要
世界の電気自動車充電ステーションの市場規模は、30,758年の推定2027千台から2,115年までに2020千台に達し、CAGRは46.6％になると予測されています。 レポートの基準年は2019年であり、予測期間は2020年から2027年までです（出典Markets and Markets。、2021年XNUMX月）。
地理的には、アジア太平洋地域、特に中国で急速に成長している電気自動車の販売が、電気自動車充電ステーションの世界市場の成長を後押ししています。 ヨーロッパは、予測期間中にXNUMX番目に大きい市場になると予想されます。
さまざまな充電レベルのタイプを考慮すると、レベル3の充電タイプ（つまり、DC急速充電）は、予測期間中に最も速く成長すると予想されます。 レベル3の充電は、30分以内のEVの急速充電の利便性により、最も速い速度で成長しています。 STMicroelectronicsの製品は、この市場/アプリケーションをサポートしています。 次のセクションでは、主なシステムアーキテクチャと主な適切なST製品について説明します。
アーキテクチャとSTの製品
DC急速充電器の電力範囲は30〜150 kWをカバーし、1〜15 kWのサブユニットに基づくモジュラーアプローチ（図30）を実装し、それらを積み重ねてより高電力のDC充電システムを作成します。 このアプローチは、柔軟で、高速で、安全で、手頃な価格のソリューションを提供します。
パワーステージ（PFC + DC-DCセクション）に関しては、設計効率が重要であり、15〜30kWのパワー範囲のサブユニットに対して、STはPFC、DC-DC、およびコントロールユニット/に適した効率的でスマートな製品を提供します。次のセクションで報告されるように、運転段階。
PFCステージ
三相入力の力率補正（PFC）ステージは、いくつかの構成で実装でき、多くの場合、ウィーンの整流器トポロジが使用されます（図3、タイプ3またはタイプ1）。
STは、設計や顧客のニーズに基づいて、さまざまなスイッチを提供しています（図3、デバイスT）。
- SiC MOSFET Gen 2 （650VシリーズSCT * N65G2）は、ワイドバンドギャップ材料の高度で革新的な特性に基づいており、面積あたりのRdsonが非常に低く、優れたスイッチング性能と組み合わされて、効率的でコンパクトな設計を提供します。 特に、4mΩのRDS（オン）を備えた90ピンSCTW65N2G4V-18は、90°Cで100Aのドレイン電流を快適に処理できます。
- IGBTHB2シリーズ （650VファミリSTGW * H65DFB2）は、中周波数から高周波数で動作するアプリケーションでより高い効率を保証します。 両方の低い彩度を組み合わせる 電圧 （1.55 V typ。）およびより低い総ゲート電荷により、このIGBTファミリは、ターンオフ中のオーバーシュート電圧を最小限に抑え、アプリケーションでのターンオフエネルギーを低減します。 特に、STGW40H65DFB-4は、電源パスと駆動信号を分離するケルビンピンのおかげでより高速なスイッチングを提供します。
- パワーMOSFETMDMesh™M5シリーズ （650Vファミリ、STW * N65M5）は、革新的な垂直プロセスを使用して、より高いVDSS定格と高いdv / dt機能、卓越したRを実現します。Dソン x面積、優れたスイッチング性能。
入力段では、これらのデバイスで突入電流を制御することができます。
- SCRサイリスタ TN * 50H-12WY（図3、ウィーン1、デバイスDA）、AEC-Q101認定整流器は、最適化された電力密度とサージ電流機能を備えた1200Vブロッキング機能を提供します。 このようにして、システムの効率と寿命を制限する受動部品の使用を回避することができます。
- 入力ブリッジの整流器、 STBR * 12 1200ファミリ（図3、Vienna1、デバイスDB）順方向電圧降下が小さいため、最も厳しい規格に準拠して入力ブリッジの効率を向上させます。 この製品は、STのSCRサイリスタとともに混合ブリッジ構成での使用に最適です。
ダイオードに関する限り、新しいトポロジー SiCダイオード650 / 1200V このシリーズは、最低の順方向電圧と最先端の順方向サージ電流の堅牢性を兼ね備えています。 設計者は、妥協することなく、より低い定格電流のダイオードを選択できます。 コンバータ高性能システムの手頃な価格を高めながら、の効率レベル。
- ウィーンタイプ650の65V（STPSC * H1）（図3、デバイスDC)
- ウィーンタイプ1200の12V（STPSC * H2）（図3、デバイスD）
DC-DCステージ
DC / DC変換段階では、フルブリッジ共振トポロジー（図4）が、その効率、ガルバニック絶縁、およびデバイスの数が少ないために好まれることがよくあります。
Vを備えた3相PFCコンバーターを検討するでる= 750-900V、および400V-800VのHVバッテリー、FB-LLC共振コンバーターSTは以下を提案します。
- SiC MOSFET Gen 2 1200VシリーズSCT * N120G2（図4、デバイスT）
- SiCダイオード1200V STPSC * H12（図4、デバイスD）
コントロールユニットとドライビングステージ
設計のニーズに応じて、STはMCUとデジタルコントローラーの両方を提供します。
- 電力管理アプリケーションに最適な32ビットマイクロコントローラは STM32F334 （STM32F3ファミリから）および STM32G474 （STM32G4ファミリから）。 STM32F3 MCUシリーズは、32 MHzで動作する4ビットARM®Cortex®-M72コア（FPUおよびDSP命令付き）と、高解像度タイマーおよび複雑な波形ビルダーとイベントハンドラーを組み合わせたものです。 32 MHzで動作するSTM4G32シリーズの4ビットARM®Cortex®-M170+コアは、STM32F3シリーズの続きであり、アプリケーションレベルでのコスト削減、アプリケーション設計の簡素化、およびデザイナーが新しいセグメントやアプリケーションを探索するチャンス。
の中心 STNRG388A デジタルコントローラーはSMED（State Machine Event Driven）であり、デバイスが最大分解能1.3nsで4つの独立して構成可能なPWMクロックをパイロットできるようにします。 各SMEDは、STNRG内部マイクロコントローラーを介して構成されます。 専用周辺機器のセットがSTNRGデバイスを完成させます。10つのアナログコンパレータ、構成可能なオペアンプを備えた8ビットADC、および96チャネルシーケンサーです。 高出力信号分解能のためのXNUMXMHzPLL。
新しい STGAP2SICS は、SiCMOSFETを駆動するように設計された6kVガルバニック絶縁シングルゲートドライバです。 4Aのシンク/ソース電流機能、短い伝搬遅延、最大26Vの供給電圧、最適化されたUVLOおよびスタンバイ機能、およびSO8Wパッケージを備えています。
STの評価ボード
STは、ほぼすべてのアプリケーションタイプに対して、最終システムまたはサブシステムで直接STの製品の機能をテストするための適切なシステム評価ボードを提供します。 DC充電ステーションの場合、一部のボードと関連ファームウェアも利用できます。
STDES-ヴィエンナレクト 評価ボード（図5-a）は15kWを備えています。 3相 力率補正（PFC）ステージ用のミックスドシグナル制御を備えたウィーン整流器。
の高いスイッチング周波数 SCTW35N65G2V 650V SiC MOSFET（70 kHz）、採用 STPSC20H12 1200V SiCダイオードとマルチレベル構造により、99％近くの効率と、サイズとコストの観点からの受動電源コンポーネントの最適化が可能になります。 STEVAL-VIENNARECTはミックスドシグナルコントロールを備えており、STNRG388Aコントローラーがデジタル出力電圧レギュレーションを提供します。 専用のアナログ回路は、全高調波歪み（THD <5％）と力率（PF> 0.99）の観点から最大の電力品質を実現する高帯域幅連続導通モード（CCM）電流レギュレーションを提供します。
STDES-PFCBIDIR 評価ボード（図5-b）は、力率補正（PFC）ステージ用の15 kW、三相、XNUMXレベルアクティブフロントエンド（AFE）双方向コンバーターを備えています。 パワーサイド採用 SCTW40N120G2VAG 高効率（ほぼ1200％）を保証する99V SiCMOSFET。 コントロールはに基づいています STM32G4 通信用のコネクタ、およびテストとデバッグ用のテストポイントとステータスインジケータを備えたシリーズマイクロコントローラ。 スイッチングデバイスの駆動信号は、対応することによって管理されます STGAP2S スイッチング周波数とデッドタイムの独立した管理を確実にするためのゲートドライバ。
ステバル-DPSTPFC1 3.6 kWブリッジレストーテムポールブースト回路（図5-c）は、デジタル突入電流リミッター（ICL）を使用してデジタル力率補正（PFC）を実現します。 最新のSTパワーキットデバイスである炭化ケイ素を使用して革新的なトポロジーを設計するのに役立ちます モスフェット （SCTW35N65G2V）、サイリスタSCR（TN3050H-12WY）、絶縁型FETドライバー（STGAP2S）および32ビットMCU（STM32F334).