汽車(chē)電氣化并不新鮮。事實(shí)上，最早的電動(dòng)汽車(chē) (EV)是在 1800 年代后期推出的。但新的是遏制燃料排放的壓力越來(lái)越大，以及由半導(dǎo)體創(chuàng)新和可負(fù)擔(dān)性推動(dòng)的消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的采用激增。

2010 年，電池組每千瓦時(shí)的平均價(jià)格超過(guò) 1,000 美元。到 2024 年，這個(gè)數(shù)字預(yù)計(jì)將降至 100 美元以下。此外，較新的 EV 車(chē)型一次充電可行駛超過(guò) 300 英里（480 公里），是 10 年前電動(dòng)汽車(chē)的 3 倍。由于這些趨勢(shì)，到 2025 年，多達(dá) 30% 的新車(chē)銷(xiāo)售將是電動(dòng)汽車(chē)。然而，推動(dòng)更多電動(dòng)汽車(chē)并非沒(méi)有電力挑戰(zhàn)。

汽車(chē)電氣化中的電力挑戰(zhàn)

隨著汽車(chē)制造商開(kāi)發(fā)更具創(chuàng)新性和價(jià)格合理的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)，對(duì)高效充電站的需求也越來(lái)越大，以幫助進(jìn)一步提高消費(fèi)者的采用率。獨(dú)立的直流快速充電器可以在短短 30 分鐘內(nèi)將 EV 快速充電至 80% 的容量，而您在家充電可能需要 10 多個(gè)小時(shí)。充電時(shí)間的大幅減少是部署大型直流充電站網(wǎng)絡(luò)的原因之一。然而，這些獨(dú)立充電站的設(shè)計(jì)成本可能很高，并且在正常運(yùn)行和待機(jī)模式下都會(huì)消耗大量電力。為了滿(mǎn)足這些電力需求，工程師的任務(wù)是使電網(wǎng)和車(chē)輛內(nèi)部的電子設(shè)備更小、更可靠、更高效、更實(shí)惠。

電動(dòng)汽車(chē)生態(tài)系統(tǒng)中的半導(dǎo)體創(chuàng)新

為了在更高的功率水平下實(shí)現(xiàn)最佳的車(chē)輛效率和更快的充電時(shí)間，采取全面的方法非常重要，首先要全面了解從電源到負(fù)載的整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)等快速發(fā)展的應(yīng)用，系統(tǒng)組件需要具有可擴(kuò)展性和靈活性，以適應(yīng)不斷變化的更高電池電壓、雙向充電甚至上市時(shí)間。有兩個(gè)不同的電源管理目標(biāo)——高功率密度和低電磁干擾 (EMI)——在更小的空間內(nèi)提高大功率電動(dòng)汽車(chē)和直流充電系統(tǒng)的效率。

功率密度

氮化鎵 (GaN) 正成為功率密度的代名詞，因?yàn)樗拈_(kāi)關(guān)速度比傳統(tǒng)的硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 甚至更新的碳化硅器件快 10 倍。僅當(dāng)驅(qū)動(dòng)源（在本例中為柵極驅(qū)動(dòng)器）的輸出與 GaN FET 的柵極緊密連接時(shí)，才能啟用這種快速開(kāi)關(guān)。

電氣結(jié)果是幾乎完美的方波，振鈴非常小。機(jī)械結(jié)果是變壓器尺寸減小了 59%，進(jìn)而顯著降低了電動(dòng)汽車(chē)的整體尺寸和重量，從而延長(zhǎng)了行駛時(shí)間。

GaN 高速開(kāi)關(guān)的另一個(gè)好處是非常高的功率轉(zhuǎn)換效率，在傳統(tǒng)的大功率系統(tǒng)中，它可以在 96% 到 98% 之間變化。因此，這些系統(tǒng)將需要一個(gè)冷卻風(fēng)扇來(lái)消除數(shù)百瓦的熱量浪費(fèi)。典型的 GaN 系統(tǒng)提供超過(guò) 99% 的效率——因此這些系統(tǒng)不僅使用更少的能源，而且還消除了對(duì)冷卻風(fēng)扇的需求。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和充電站而言，最大限度地減少熱量和電力損失的能力對(duì)于縮短充電時(shí)間至關(guān)重要。

　　審核編輯：湯梓紅