（文/程文智）自從2020年，電動(dòng)汽車充電樁被列入新基建的七大項(xiàng)目之一后，很多人都看好這個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展規(guī)模和未來趨勢(shì)。在國內(nèi)有超過26個(gè)省市密集出臺(tái)了50余項(xiàng)與充電設(shè)施相關(guān)的政策。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)顯示，從2019年至2020年，中國公共充電樁的年增量從12.89萬上漲到近30萬，這從數(shù)據(jù)層面證實(shí)了樂觀的市場(chǎng)預(yù)期。

對(duì)于充電樁市場(chǎng)規(guī)模的預(yù)測(cè)，Autute非常樂觀，該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)全球充電樁市場(chǎng)到2027年底，將會(huì)達(dá)到930億美元，年復(fù)合增長率在20%左右。除了市場(chǎng)規(guī)模，那么充電樁在技術(shù)方面有哪些發(fā)展趨勢(shì)呢？

充電5分鐘，行駛200千米成電動(dòng)汽車剛需
從技術(shù)方面來看，未來充電樁解決方案將主要聚焦于解決當(dāng)下電動(dòng)汽車充電環(huán)節(jié)所存在的主要問題。德州儀器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)理付楊認(rèn)為，這些問題包括三個(gè)方面：
1）提高直流快充場(chǎng)景的充電速度，5分鐘200KM的充電速度會(huì)成為剛需。
2）提高直流快充場(chǎng)景的安全等級(jí)，高壓大電流充電對(duì)電池及充電環(huán)節(jié)帶來的安全問題亟需得到解決。
3）提高充電樁的智能化水平，V2G可能成為中小功率充電樁的新形態(tài)。

高功率密度和高電壓是超級(jí)充電樁的兩大趨勢(shì)
很明顯，大功率充電站在解決用戶充電、里程焦慮方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。更高功率密度和更高電壓是超級(jí)充電樁發(fā)展的兩個(gè)趨勢(shì)。

其實(shí)在這兩方面的創(chuàng)新也存在一些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，付楊舉例說，為了追求更高的效率而增加總線電壓時(shí)，復(fù)雜的多電平拓?fù)渥兊迷絹碓狡毡椤?br />
NPC和ANPC拓?fù)涫请p向PFC /逆變器最受歡迎的兩種拓?fù)?，它們可以將開關(guān)設(shè)備上的電壓應(yīng)力限制為總線電壓的一半。

但是，這些拓?fù)湫枰獊碜?a target="_blank">MCU的更多PWM通道，并且還需要一種特殊的保護(hù)方案以在任何停機(jī)期間維持電源開關(guān)兩端的電壓平衡。

當(dāng)然，付楊也給出了一個(gè)解決方案參考，比如TI的C2000微控制器第三代器件提供了獨(dú)特的可配置邏輯塊（CLB），可實(shí)現(xiàn)板載故障保護(hù)方案，以確保在所有工作條件下均提供實(shí)時(shí)保護(hù)，而無需任何外部邏輯電路，類似于FPGAs / CPLDs一樣靈活。例如TIDA-010210 6.6kW 三相三級(jí) ANPC 逆變器/PFC 雙向功率級(jí)參考設(shè)計(jì)中所呈現(xiàn)。

另外，除了更高功率密度和更高電壓兩個(gè)發(fā)展方向外，實(shí)際上，一個(gè)更安全、更智能、更快速的充電樁涉及到的技術(shù)遠(yuǎn)不止這些。比如，超級(jí)充電樁由于是大功率高壓戶外場(chǎng)景，具有特殊的安全和可靠性要求，因此在這種場(chǎng)景下使用的隔離器件、柵極器件的穩(wěn)定性和智能化，對(duì)功率器件做出的保護(hù)，是直流模塊能否以更安全的狀態(tài)運(yùn)行的前提條件。

更進(jìn)一步，從用戶體驗(yàn)方面看，在充電時(shí)長之外，用戶最痛苦的莫過于需要充電時(shí)無法確知前方充電樁的使用情況，這就需要利用安全的無線連接技術(shù)遠(yuǎn)程接入和控制。這就需要用到短距離近場(chǎng)通訊（身份識(shí)別、信息保護(hù)）、遠(yuǎn)距離私有協(xié)議通信等各類安全無線連接產(chǎn)品，以及兼容常用的BLE、WiFi的通訊技術(shù)。使用這些技術(shù)就可以讓充電樁實(shí)時(shí)更新狀態(tài)，用戶得知它的使用情況。而在用戶和運(yùn)營商都看重的數(shù)據(jù)安全層面，解決方案需要提供安全的身份鑒權(quán)、數(shù)據(jù)通信等功能。

付楊自豪底表示，在WiFi產(chǎn)品上，TI很早以前就加入了信息安全保護(hù)機(jī)制，比如針對(duì)外置Flash的數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行驗(yàn)證，防止非授權(quán)訪問和保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，以及完善加密通道、密鑰管理等安全機(jī)制。在其他相關(guān)通信產(chǎn)品方面，TI也有相應(yīng)的產(chǎn)品可供工程師選擇。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品或是未來
對(duì)于充電樁產(chǎn)品來說，還有一個(gè)問題也是需要關(guān)注的，那就是易安裝和易維護(hù)性。如果實(shí)現(xiàn)了易安裝和易維護(hù)特性，對(duì)于充電樁降低成本是非常有利的。拿安裝來說，現(xiàn)在超級(jí)充電樁的體積和重量其實(shí)是很大的，一般可能需要三四個(gè)人來進(jìn)行安裝，調(diào)試。而如果能將超級(jí)充電樁做到15Kg以下，那么只需要一個(gè)人就能完成整個(gè)安裝調(diào)試過程了，這個(gè)人工成本就可以節(jié)省下來了。

那么如何才能實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)充電樁的體積和重量的降低呢？答案是SiC，GaN等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品。付楊對(duì)<電子發(fā)燒友>表示，三代半導(dǎo)體（包括SiC、GaN等）成為充電樁市場(chǎng)上冉冉升起的新星，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的最重要的半導(dǎo)體技術(shù)。

第三代半導(dǎo)體相比此前兩代，具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小等獨(dú)特的性能，因此可以減少系統(tǒng)散熱成本及無源器件尺寸，可以提供更高能效或更高功率密度，長期來看可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)總成本。

SiC由于推出時(shí)間早，用戶覆蓋面更廣，在汽車中的應(yīng)用更多。不過SiC和GaN究竟孰優(yōu)孰劣目前下結(jié)論還為時(shí)尚早，如果長期來看，硅基GaN在成本方面的下降空間會(huì)更大。無論如何，未來隨著第三代半導(dǎo)體在工藝上的成熟度越來越高，整體成本優(yōu)勢(shì)會(huì)更加凸顯，相信也會(huì)在不久的將來在充電樁領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

具付楊透露，在第三代半導(dǎo)體功率器件方面，TI在SiC和GaN方面均有布局。SiC方面通過提供集成電容式隔離功能的驅(qū)動(dòng)器，提高系統(tǒng)穩(wěn)健性和可靠性，減小外形尺寸和輕松符合 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，TI在GaN上的布局通過不斷嘗試新架構(gòu)，使GaN適應(yīng)更廣的電壓范圍，比如800V、1000V。他認(rèn)為高壓的GaN器件的出現(xiàn)，為將來在充電樁上看到GaN的身影帶來了更大的可能性。

此外，付楊還強(qiáng)調(diào)，為了保證高可靠性，TI已經(jīng)針對(duì)GaN FET進(jìn)行了4000多萬小時(shí)的器件可靠性測(cè)試和超過5 GWh的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用測(cè)試。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高可靠性和集成度，TI推出了GaN與驅(qū)動(dòng)集成的器件。值得一提的是，TI在GaN方面擁有自己的工藝和工廠，因此可以確保產(chǎn)品品質(zhì)和供應(yīng)的穩(wěn)定性保障。

雖然SiC和GaN器件有種種好處，但是由于成本的原因，這兩種器件都還沒有在充電樁領(lǐng)域被廣泛采用。不過，相信隨著它們成本的降低，它們會(huì)成為充電樁中不可或缺的器件。