电动汽车（EV）直流快速充电机绕过安装在电动汽车上的车载充电机，直接为电池提供快速直流充电。如下图所示，直流快速充电机由一级 AC-DC 和一级 DC-DC 组成：
图 1. 直流快速充电机由一级 AC-DC 和一级 DC-DC 组成
在优化系统效率的同时最大限度缩短充电时间是直流快速充电机的主要关注点。在设计此类系统时，必须考虑器件选型、电压范围和负载要求、运行成本、温度、坚固性和环境保护，以及可靠性。
相比传统硅（Si）和 IGBT 器件，基于碳化硅（SiC）的器件由于具有工作温度更高、导通损耗更小、漏电流更低、浪涌耐受能力更强、最大额定电压，以及整体功率密度更高的特点，可实现更好的性能。但是，要充分利用这些优势，则必须对功率变换器拓扑进行优化。
本文旨在探讨数种考虑用于快速充电机系统的功率变换器拓扑和一些可利用的工具/资源，以及包含多项关键比较的汇总表格。
无论是在家庭或公共区域、高速公路通道还是为车队充电，对交流电网的功率需求可从 2.2 kW 一路升到 1 MW。此类电网系统通常设计为 20 - 50 kW 的 AC-DC 和 DC-DC 电源块，可根据充电位置和车辆类型进行扩展，以满足更高或更低的不同需求。功率级别和系统的一般叠层方式如下图所示：
图 2. 功率级别和系统的一般叠层方式
接下来，在设计时需要分析直流快速充电应用的实用性。首先，此类充电机安装在需要宽电池电压范围和宽负载曲线的公共区域。例如，目前道路上的大多数电动汽车的电池电压均在 350 V - 450 V 范围内，而新车型则采用 800 V 电池。此外，每一款电动汽车电池都有不同的充电曲线，这意味着电动汽车充电机在设计时要满足宽负载曲线和高满载能力的需求。分析客户行为也很重要，因为与家用充电机不同，车辆几乎始终会行驶到充电位置，因此此时的需求转变为预热电池和快速上升到峰值充电功率。您可以在左上图中看到这一点，以及一些电池制造商所建议的电池容量达到 80% 时充电速率下降。
对于商业运营商而言，运营成本对投资至关重要。举例来说，对于一个 360 kW 充电站，假设充电站每天运营 12 小时，充电单价为 25 美分/千瓦小时，如果充电效率提高 2%，每个充电站每天可节省约 22 美元。电动车市场的动态特性也推动充电系统对新车型的高度灵活性和更小的安装占地面积的需求。
下面我们总结了快速充电机系统的系统目标：
- 宽电池电压范围（350 V - 800 V）
- 宽负载曲线（单辆车/多辆车）和电池缓冲器（用于高性能车辆）
- 针对满负载充电进行优化
- 实现双向性，满足回馈电网应用的需求
- 灵活，可适应新行业趋势/标准
- 安装占地面积小
- 降低运营成本，实现盈利
- 坚固耐用，工作温度范围广
记住上述要求和设计目标，一起来了解一些功率拓扑。
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AC-DC 转换
拓扑 1 -（AC-DC）：三相两电平双向有源前端 AC/DC 变换器
第一个 AC/DC 方案采用简单的六开关、两电平有源前端（AFE）配置，包含六个功率可达 25 kW 的 Wolfspeed 1200V SiC MOSFET（如图 3 所示）。总体而言，与 IGBT 器件对比，可观察到 SiC 组件实现了多项改进（另请参阅图 3）。
