電動汽車生態(tài)系統(tǒng)中的半導(dǎo)體創(chuàng)新

汽車電氣化并不新鮮。事實(shí)上，最早的電動汽車 (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越大，以及由半導(dǎo)體創(chuàng)新和可負(fù)擔(dān)性推動的消費(fèi)者對電動汽車的采用激增。

2010 年，電池組每千瓦時(shí)的平均價(jià)格超過 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 車型一次充電可行駛超過 300 英里（480 公里），是 10 年前電動汽車的 3 倍。由于這些趨勢，到 2025 年，多達(dá) 30% 的新車銷售將是電動汽車。然而，推動更多電動汽車并非沒有電力挑戰(zhàn)。

汽車電氣化中的電力挑戰(zhàn)

隨著汽車制造商開發(fā)更具創(chuàng)新性和價(jià)格合理的電動汽車技術(shù)，對高效充電站的需求也越來越大，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)模式下都會消耗大量電力。為了滿足這些電力需求，工程師的任務(wù)是使電網(wǎng)和車輛內(nèi)部的電子設(shè)備更小、更可靠、更高效、更實(shí)惠。

電動汽車生態(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)。對于電動汽車和混合動力電動汽車等快速發(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)提高大功率電動汽車和直流充電系統(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_關(guān)速度比傳統(tǒng)的硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 甚至更新的碳化硅器件快 10 倍。僅當(dāng)驅(qū)動源（在本例中為柵極驅(qū)動器）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)而顯著降低了電動汽車的整體尺寸和重量，從而延長了行駛時(shí)間。

GaN 高速開關(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)扇來消除數(shù)百瓦的熱量浪費(fèi)。典型的 GaN 系統(tǒng)提供超過 99% 的效率——因此這些系統(tǒng)不僅使用更少的能源，而且還消除了對冷卻風(fēng)扇的需求。對于電動汽車和充電站而言，最大限度地減少熱量和電力損失的能力對于縮短充電時(shí)間至關(guān)重要。

　　審核編輯：湯梓紅