随着电动汽车（EV）市场的迅猛发展，对高效、紧凑且快速的直流快充（DCFC）系统的需求日益增长。安富利美洲区（Avnet Americas）照明与交通部门总监Jason Skoczen指出，参考设计正在帮助工程师应对这一挑战，推动下一代充电基础设施的创新。
开发安全高效的电动汽车充电系统需要融合电力电子、通信技术和智能控制等多个领域的先进技术。其核心技术包括采用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件，以提升开关速度和能量转换效率；同时配合专用无源元件、高耐压电缆、先进冷却系统以及多重保护机制，确保系统在高功率运行下的稳定性与安全性。
- 宽禁带半导体（如碳化硅SiC、氮化镓GaN）具有更高的耐温性、耐压能力和转换效率，显著减小了电源模块的体积和重量，提高了功率密度。
- 液冷充电电缆能有效降低大电流传输过程中的热积累，使电缆更轻薄、柔软，便于用户操作。
- 通过集成先进的散热方案与多重保护电路，保障系统在极端工况下的长期可靠运行。
一个基于Linux的全面电动汽车充电设备（EVSE）开发平台（来源：Avnet）
全球范围内已建立起完善的电动汽车充电标准体系，涵盖硬件接口、通信协议和安全规范，确保不同品牌车辆与充电设施之间的兼容性和安全连接。
国际标准**IEC 62196**定义了通用插头与插座的技术规格，对应各地区的国家标准：
- 北美：SAE J1772（交流）、CCS1（Combo）
- 中国：GB/T 20234
- 日本：CHAdeMO
标准规定了电压等级（最高可达1000 V DC）、电流容量（可达500 A以上）、机械强度、防触电设计及锁止机制等要求。
- ISO 15118是关键的高级通信协议，支持车辆与充电桩之间的双向数字通信。
- 实现“即插即用”功能，并支持车网互动（Vehicle-to-Grid, V2G），允许电动车在电网负荷高峰时向电网反向供电，参与能源调度。
- 支持智能充电管理、远程认证、动态负载分配等功能。
- IEC 61851规定了传导式充电系统的安全要求，涵盖四种充电模式（Mode 1–4）、接地保护、过流/过压/漏电保护、绝缘监测等。
- 明确了充电设备与车辆之间连接状态检测、启动条件、异常处理流程等运行逻辑，确保整个充电过程的安全可控。
直流快充是目前最先进的充电技术之一，广泛应用于高速公路服务区、城市公共充电站等场景，可实现超过300 kW的输出功率，大幅缩短充电时间。
1. 三相交流输入与电源调理
- 接入工业级三相电网（通常为380–480 V AC）
- 配备EMI/RFI滤波器和浪涌保护装置，抑制电磁干扰，提升电网适应能力
2. 基于SiC MOSFET的主动整流与功率因数校正（PFC）
- 采用三电平三相维也纳整流器（Three-level Three-phase Vienna Rectifier）
- 功率因数接近1，总谐波畸变（THD）低于5%，效率可达99%
3. 高压直流母线（800–1000 V）
- 由高性能电解电容或薄膜电容组构成
- 存储中间直流能量，为后续DC/DC变换提供稳定输入
4. 隔离式双向DC/DC变换器
- 拓扑结构常用LLC谐振或双有源桥（DAB）
- 可适配不同电池电压平台（如400 V、800 V、1000 V）
- 支持双向能量流动，为V2G应用奠定基础
5. 输出接触器与传感器
- 实时监测输出端的电压、电流、温度等参数
- 在异常情况下自动断开回路，防止过热、短路或反接损坏
6. 控制与辅助系统
- 中央MCU或MPU统一协调各子系统
- 管理通信协议（CAN、Ethernet、PLC）、人机交互界面（HMI）、液冷泵控制、安全联锁逻辑等
为了缩短研发周期、降低技术门槛，行业领先企业推出了模块化、可扩展的参考设计平台，支持软硬件协同开发，助力企业快速推出符合国际标准的充电产品。
Avnet 25 kW SiC直流充电参考设计亮点- 基于碳化硅（SiC）技术构建，具备高效率与高功率密度
- 采用双独立板卡架构：
- 六堆并联的三相AC-DC整流单元
- 两路隔离式双向DC/DC转换模块
- 单个机柜最大输出电流达50 A，支持最多12个模块并联，实现高达300 kW的总输出功率
- 支持灵活配置，适用于从轻型商用到超充站等多种应用场景
- 提供完整的用户界面编程接口，开发者可自定义HMI界面
- 支持与电动汽车电池管理系统（BMS）直接通信，实现精准充电控制
- 可独立进行硬件开发与软件调试，加快产品上市进程
- 内置基于Linux的操作系统，支持Wi-Fi 6无线连接，便于远程监控与OTA升级
- 集成完整工具链：包括硬件评估板、连接线缆、原理图、PCB文件、固件代码与教学文档
- 安全的无线云连接与远程运维能力
- 精准电能计量（符合国际计费标准如MID/OIML）
- 一键式NFC身份识别与无感启动充电
- 基于HomePlug Green PHY的电力线通信（PLC），实现ISO 15118协议的数据传输
未来的电动汽车充电将朝着更高功率、更智能化、更互联互通的方向发展。借助宽禁带半导体、先进热管理和标准化通信协议，新一代直流快充系统不仅能大幅提升用户体验，还将深度融入智能电网与可持续能源生态。而模块化参考设计的普及，正成为推动产业创新与商业化落地的重要引擎。
来源：Aug 2025 Electronic Sourcing North American
