传统硅基MOS管开关频率较低,就必须配置更大的变压器。化合物半导体材料(如碳化硅或者氮化镓)的功率器件,在高速开关条件下仍然保持高效率;由于材料的宽禁带特性,SiC或GaN功率管还具有击穿电压高,功率更大,能耐高压,耐高温等优点;另外,这类材料的低导通电阻特性,产生的导通损耗更小,发热很低。

第三代半导体被认为是未来功率器件发展的大方向,然而,在充电桩应用这类大功率直流转化器中,如果还是使用传统变压器构造,要么带来高频损耗和散热问题,工作频率很难提高,要么系统设计就不得不采取多个变压器以及复杂的散热管理。

释放SiC高频率开关性能的潜力,需要变压器技术的创新。

传统的大功率变压器主要有两种,一种使用Litz线,另外一种是扁铜带绕线(Tape Wound)。

无论使用哪种传统变压器设计,由于相邻的载流导体浸没在彼此的磁场中,通过“邻近效应”产生损耗,很难达成结构紧凑单模块的高频功率磁性器件。这种“邻近效应”以及与传统结构相关的其它损耗,限制了小型化和大功率变压器可以工作的频率。

更详细来说,Litz线是多股绝缘铜线绞合,即使能使用在中高频变压器中,大电流也容易过载。加上多股铜箔之间有空隙,每根Litz线绝缘层占用空间,股数太多时降低了空间利用率,直流损耗很大。

扁铜带构造则不太适合高频,频率太高,趋肤效应更加明显。而且,扁铜带绕线十分不便,成本高,工艺难度大,寄生电容也会比较大;内层的铜箔散热就不太好了,层数很多,漏感大,临界效应越强,涡流很高。内部热难于散出去,容易形成热点,变压器结构很难用在高频。