Parmi les principales exigences en matière d'électromobilité figurent l'autonomie des véhicules et des temps de charge courts. Ces deux exigences peuvent être satisfaites grâce à une meilleure technologie des batteries et à une électronique de puissance sophistiquée. Une conception de référence haute puissance démontre les possibilités.

Le nombre de véhicules électriques dans le monde a considérablement augmenté ces dernières années. La plupart des nouvelles stations de recharge sont désormais capables de charger à grande vitesse. Ainsi, même sur les longs trajets, les temps de repos ne sont pas beaucoup plus longs que les arrêts traditionnels essence-café-toilettes.

Dans des conditions idéales, la voiture est capable d'accepter une puissance élevée et la station de charge peut l'alimenter. Le premier élément n'est pas vraiment un problème puisque la plupart des véhicules électriques fabriqués ces dernières années sont déjà équipés de circuits à la pointe de la technologie. Toutefois, les miracles de la technologie moderne des semiconducteurs font également en sorte que l'utilisation de technologies plus anciennes n'est pas rentable, ce qui ne laisse aucune excuse aux constructeurs automobiles.

En ce qui concerne l'alimentation à partir de la station de recharge, le problème est différent. Les stations de recharge pour véhicules électriques nécessitent au moins quelques travaux de construction pour améliorer l'infrastructure existante et sont connectées au réseau électrique public. Même les chargeurs récemment installés ne sont pas toujours équipés de la technologie la plus récente : les coûts d'installation et les préoccupations concernant la stabilité du réseau électrique sont des facteurs qui entrent souvent en ligne de compte. L'amortissement des coûts d'installation empêche même une mise à niveau rapide vers les circuits plus récents.

L'adoption de la technologie au carbure de silicium (SiC) (« Recharge plus rapide des véhicules électriques avec SiC ») est une tendance majeure en pleine évolution qui permet le développement de stations de recharge rapide des véhicules électriques de plus grande puissance. Le portefeuille SiC EliteSIC d'onsemi comprend des diodes et des MOSFET. Les ingénieurs du fabricant ont également créé plusieurs ressources de conception, telles que la conception de référence de recharge rapide des véhicules électriques de 25 kW, basée sur les modules d'alimentation intégrés EliteSiC.

Une conception de référence modulaire

En général, une solution de recharge de véhicules électriques CA/CC est composée d'un frontal actif (PFC), d'un étage en pont complet résonnant, d'un redressement de sortie, d'une détection de tension et de courant, d'une interface de capteurs LEM, d'un régulateur/contrôleur CA-CC, d'un régulateur/contrôleur CC-CC, d'une interface réseau CAN, et d'une interface BLE (Figure 1).

Figure 1 : Schéma fonctionnel d'une solution généralisée de recharge de véhicules électriques (Source : onsemi)

Un module de 25 kW est composé de deux cartes système, l'une avec le convertisseur CA/CC (entrée CA : 400 V (UE), 480 V (US), sortie CC : 800 V), connecté au convertisseur CC/CC à double pont actif (sortie CC : 200 V à 1 000 V). Plusieurs cartes peuvent être empilées dans une même armoire pour fournir la puissance de sortie CC nécessaire. La figure 2 présente un exemple d'armoire de charge.

Figure 2 : Exemple de solution d'armoire de charge (Source : onsemi)

Étage de frontal actif

L'étage PFC de la conception de référence comprend trois modules d'alimentation NXH010P120MNF1, chacun étant un module F1 contenant un demi-pont MOSFET SiC de 10 MΩ/1 200 V et une thermistance CTN. En outre, il utilise six commandes de grilles SiC NCD57000, un amplificateur de tension NCS20034 et un amplificateur de courant NCS213R, ainsi que divers autres composants d'E/S.

Étage CC/CC

Du côté CC/CC, quatre modules d'alimentation NXH010P120MNF1 et huit commandes de grilles SiC NCD57000 ainsi que d'autres composants sont présents. Voir Figure 3.

Figure 3 : Schéma fonctionnel CC/CC (Source : onsemi)

Une solution évolutive

Le remplacement des modules d'alimentation rend cette approche évolutive : les modules d'alimentation NXH010P120MNF1 sont capables de fournir 25 kW. Le module NXH006P120MNF2 peut fournir 50 kW, le NXH004P120M3F2 90 kW et le NXH003P120M3F2 120 kW. Grâce à eux, la solution modulaire peut être à la base d'une conception d'armoire de charge à l'épreuve du temps.

À propos de l’auteur

En tant que spécialiste du contenu technique, Marcel est la personne-ressource interne pour les questions techniques au sein de l’équipe marketing EMEA de Mouser. À l'origine physicien, il a travaillé comme rédacteur pour des magazines spécialisés en électronique. Dans la vraie vie, il jongle avec deux enfants avec trop de chromosomes, un  un penchant pour les gadgets électroniques et un penchant pour les livres et la bière. Jusqu'à présent, aucun n'a baissé.