目前，電動(dòng)汽車正在進(jìn)入下一個(gè)巔峰期，與此前不同，如今全球正在面臨著壓力越來越大的碳減排力度，同時(shí)半導(dǎo)體的創(chuàng)新，以及電動(dòng)汽車售價(jià)的降低，使消費(fèi)者更偏好與電動(dòng)汽車。

　　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，新款電動(dòng)汽車一次充電可行駛超過 300 英里(480 公里)，是 10 年前電動(dòng)汽車的 3 倍。由于這些趨勢，到 2025 年，預(yù)計(jì)多達(dá) 30% 的新車將是電動(dòng)汽車。然而，推動(dòng)更多電動(dòng)汽車并非沒有挑戰(zhàn)。

　　汽車電氣化的挑戰(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(dòng)汽車，對高效充電站的需求也越來越大，從而進(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)將電動(dòng)汽車快速充電至80%的電量，而您在家慢充可能需要 10 多個(gè)小時(shí)。為了減少充電時(shí)間，大型直流充電樁開始密集部署，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(dòng)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，重要的是采取整體方法，從全面了解整個(gè)系統(tǒng)開始，從電源到負(fù)載。對于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)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)不斷變化的高電池電壓、雙向充電以及產(chǎn)品上市時(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)——從而在更小的空間內(nèi)提高大功率電動(dòng)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MOSFET甚至是碳化硅器件都要快 10 倍。僅當(dāng)驅(qū)動(dòng)源(比如柵極驅(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關(guān)。

　　通過氮化鎵，可以產(chǎn)生近乎完美的方波，振鈴非常小。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也可以使變壓器尺寸減小了 59%，進(jìn)而顯著降低了電動(dòng)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，效率在 96% 到 98% 之間。因此，這些系統(tǒng)將需要一個(gè)散熱風(fēng)扇系統(tǒng)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系統(tǒng)的需求。對于電動(dòng)汽車和充電站而言，最大限度地減少熱量和電力損失對于縮短充電時(shí)間至關(guān)重要。

　　低 EMI

　　封裝不僅僅是為電子元件提供外殼;它必須保護(hù)電路免受惡劣條件的影響，并保護(hù)用戶免受極高電壓的影響。例如，德州儀器 (TI) 將更多功能集成到單個(gè)封裝中的能力正在推動(dòng)更高的功率密度、更高的系統(tǒng)可靠性和更低的整體系統(tǒng)成本。一個(gè)例子是 TI 的帶有集成變壓器的 UCC14240-Q1 DC-DC 偏置電源模塊，它正在取代 EV 系統(tǒng)中的大型和笨重的機(jī)械變壓器。將磁性元件集成到集成電路中是硅和軟件共同進(jìn)步的結(jié)果，這已經(jīng)超過了鐵和銅等傳統(tǒng)變壓器行業(yè)的進(jìn)步。TI 的集成隔離式偏置電源模塊可實(shí)現(xiàn)更小的初級到次級側(cè)電容，以及軟開關(guān)控制方案，從而消除了傳統(tǒng)變壓器設(shè)計(jì)的 EMI 挑戰(zhàn)，因此無需使用大型且昂貴的外部 EMI 緩解技術(shù)，例如外部扼流圈和濾波器。

　　此外，如果像電動(dòng)汽車這樣的高功率系統(tǒng)效率要提高 1% 到 2%，工程師將不得不重新構(gòu)建從電源到負(fù)載的整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)還要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)思維。例如，當(dāng)今許多系統(tǒng)中使用的低功耗集中式反激偏置電源，可以考慮更換為更小的分布式電源架構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這時(shí)，集成了 EMI 緩解、提高效率和雙倍功率密度的新產(chǎn)品便可充分發(fā)揮其作用。

　　走向未來

　　TI 半導(dǎo)體使越來越多的電子產(chǎn)品能夠以比以往更高效、更可靠和更經(jīng)濟(jì)的方式供電。為了在功率方面保持領(lǐng)先，工程師需要能夠以更低的成本將更多的功率封裝到更小的空間中。突破電源管理的界限意味著顛覆當(dāng)前的思維。通過進(jìn)一步提高系統(tǒng)級效率、可靠性和成本，半導(dǎo)體創(chuàng)新將繼續(xù)在汽車電氣化中發(fā)揮重要作用。