01
什么是车载充电机

当前，电动汽车正处于大变革时代。由于直流快充桩数量少且充电成本高，交流充电（慢充）成为主流补能方式。车载充电机（OBC）作为交流充电的核心部件，负责将电网的交流电转换为直流电为电池充电，是满足用户日常充电需求的关键设备。

02
单级OBC是什么

两级式OBC在单级式AC/DC拓扑的基础上，额外增加了一个后级DC/DC变换器，而单级OBC通过单一的AC/DC变换完成从交流到直流的转化，结构更加简洁。

03
单级OBC的优点

高功率密度。无电解电容设计，更小的磁件，其结构紧凑。单级OBC能够更灵活地安装在车辆的狭小空间内，为车辆的整体设计提供了更多的可能性。高功率密度还意味着体积更小，重量更轻，这对于提升电动汽车的续航里程有着积极的作用。

成本优势。由于拓扑结构简单，使用的电子元件和被动器件较少，单级OBC的电路成本相比两级式OBC有降低。

无电解电容，提升OBC寿命。单级方案通过创新电路设计与先进控制策略，省去两级结构中的母线电解电容，避免因温度和电流纹波影响导致的寿命短板，从而提升OBC整体寿命。

拓扑结构简单，方便生产制造。这使得在设计和制造过程中，所需的电子元件数量明显少于两级式OBC。减少了因多个部件连接和协同工作可能出现的故障点。

04
ST的单级OBC解决方案

单级式OBC的优点突出，但要将其投入大规模商业化应用，需要攻克众多技术挑战：多输入多输出寻优控制算法，软开关实现，高频化，更集中的热设计，宽范围工作等。

针对这些应用挑战，ST提供了整套的方案，ST新能源能力中心开发了单相6.6kW，不控整流加DAB的准单级拓扑取代传统PFC+DC/DC两级式拓扑设计，结合AI实时在线参数寻优控制算法，对系统进行寻优控制，在满足功率传输和电网谐波约束的前提下，保证变换器工作在最优效率工况下，系统平台实测95.4%满载效率。方案中采用无电解电容以及无网侧高频电感的设计，助力更高功率密度设计。

如下单级OBC系统框图，意法半导体提供从控制MCU，功率，驱动，信号链和电源管理整套芯片方案。功率部分全桥IGBT不控整流后输出半波给后级SiC DAB功率级，Stellar-E MCU通过全隔离驱动对碳化硅功率回路进行实时控制，针对单级电路控制要求，Stellar-E微控制器产品有如下优势特性：
✦ 集成专用HRTIM发波外设，支持高精度PWM，赋能SiC/GaN高频应用；
✦ 支持多移相，变频混合调制等复杂PWM时序的管理，同步更新以满足寻优控制策略；
✦ 优化的实时控制性能，2*300Mhz Coretex-M7 Arm®，从采样、CPU计算、外设更新全链路优化以支持更高计算频率要求，可应对复杂工况挑战，如弱电网工况等；
✦ 双核架构对基于AI全局寻优实时控制方式提供强力支撑，双核架构通过“一个大脑（AI优化器）+一个小脑（实时控制）”的协作模式，解决了AI算力需求与系统实时性要求之间的矛盾；
✦ 完善的适配嵌入式MCU的AI配套软件和工具生态系统；
✦ 集成模拟比较器，DAC外设，可对系统进行快速保护并节省外围器件；
✦ 系统层面支持功能安全，AUTOSAR，OTA，HSM功能。

05
ST单级方案在系统层面的优势

1、高功率密度。单级变换电路，无电解电容和网侧高频电感设计。相较传统方案，整机重量可减轻30%，功率密度提升60%，使其更容易与车辆电气系统集成，便于整车轻量化设计，在动力域多合一集成平台中有突出优势。

2、SiC高频率、高效率方案，大幅降低被动器件尺寸，提升功率密度，方便兼容400V/800V电池系统。

3、融合实时AI寻优算法，提升充电效率。方案引入AI实时控制策略，快速实现参数寻优设计。基于DAB拓扑及系统损耗模型，获得多目标多自由度最优控制策略，功率器件可在全范围内实现软开关，降低开关损耗，半载系统效率提升1%，峰值效率达到96.4%，帮助提升整车能效，节省用户充电成本。寻优控制提高效率同时也降低系统损耗发热，提升了各电子元件可靠性、降低热设计要求。

4、无电解电容，突破OBC寿命，降低失效率和整机成本。消除电容器件寿命短板，OBC整体使用寿命得到提升。

5、平台可灵活扩展，方案立足平台化设计理念，针对客户不同使用场景。灵活选用SiC第三代半导体器件，可快速适配400V、800V电压平台。控制平台可快速扩展到动力域多合一的Stellar-P MCU平台，该MCU平台集成了自主IP的Neural-ART神经网络加速器™，使用AI寻优方案时，可进一步降低CPU负载，可增加更多优化目标，在更大范围内进行全局寻优控制。

06
高亮产品介绍

Stellar E1 MCU相关资源介绍
✦ 内核资源 - 2*300Mhz Coretex-M7 Arm®核心；
✦ 电源专用高精度发波外设 - HR-Timers，模拟比较器，DAC模块；
✦ 存储资源 - 384kB RAM，2MB FLASH，支持硬件OTA(A/B swap)；
✦ 内置150Mhz硬件加密模块（HSM）。

针对动力域多合一应用方向，ST提供Stellar-P系列MCU，用Stellar P系列MCU取代不同ECU中的多个MCU，集中算力，用户只需一套软件工具链即可开发和维护产品，针对单级OBC应用，Stellar-P集成的AI加速器NPU可以加快全局寻优速度。

除了高性能Stellar系列MCU外，ST在OBC方案中还提供了很多其他极具竞争力的产品，如：

 Gen3 SiC MOSFET和IGBT功率产品
SCT018W65G3、STGWA75H65DFB2

 隔离驱动器
STGAP2SiC

 高带宽运放，基准&信号链产品
TSV791、TSV911IYLT、TS431BIYLT、L9616

 电源管理产品
A5973D013TR、L5150BNTR、LD49100PURY

07
典型系统性能表现

 系统性能1：
✦ 输入：220VAC RMS，50Hz
✦ 输出：400V DC，6600W
✦ 电网电流总谐波：1.9%
✦ SiC开关峰值电流：70A
✦ 满载效率95.4%

 系统性能2：
基于全局寻优和全负载范围ZVS约束控制策略，2kW输出时，转换效率提升1%。

 系统性能3：
基于多移相+变频优化控制策略，满载峰值开关电流仅70A，显著降低开关损耗和SiC电压应力并优化充电效率。

ST能够为客户提供丰富的单级OBC参考设计支持包：
✦ 系统原理图&PCB layout
✦ 系统软件支持包，GUI工具等
✦ 系统评估板
✦ 系统性能测试报告
✦ 仿真支持