电动汽车生态系统中的半导体创新

电动汽车生态系统中的半导体创新

汽车电气化并不新鲜。事实上，最早的电动汽车 (EV)是在 1800 年代后期推出的。但新的是遏制燃料排放的压力越来越大，以及由半导体创新和可负担性推动的消费者对电动汽车的采用激增。

2010 年，电池组每千瓦时的平均价格超过 1,000 美元。到 2024 年，这个数字预计将降至 100 美元以下。此外，较新的 EV 车型一次充电可行驶超过 300 英里（480 公里），是 10 年前电动汽车的 3 倍。由于这些趋势，到 2025 年，多达 30% 的新车销售将是电动汽车。然而，推动更多电动汽车并非没有电力挑战。

汽车电气化中的电力挑战

随着汽车制造商开发更具创新性和价格合理的电动汽车技术，对高效充电站的需求也越来越大，以帮助进一步提高消费者的采用率。独立的直流快速充电器可以在短短 30 分钟内将 EV 快速充电至 80% 的容量，而您在家充电可能需要 10 多个小时。充电时间的大幅减少是部署大型直流充电站网络的原因之一。然而，这些独立充电站的设计成本可能很高，并且在正常运行和待机模式下都会消耗大量电力。为了满足这些电力需求，工程师的任务是使电网和车辆内部的电子设备更小、更可靠、更高效、更实惠。

电动汽车生态系统中的半导体创新

为了在更高的功率水平下实现最佳的车辆效率和更快的充电时间，采取全面的方法非常重要，首先要全面了解从电源到负载的整个系统。对于电动汽车和混合动力电动汽车等快速发展的应用，系统组件需要具有可扩展性和灵活性，以适应不断变化的更高电池电压、双向充电甚至上市时间。有两个不同的电源管理目标——高功率密度和低电磁干扰 (EMI)——在更小的空间内提高大功率电动汽车和直流充电系统的效率。

功率密度

氮化镓 (GaN) 正成为功率密度的代名词，因为它的开关速度比传统的硅金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 甚至更新的碳化硅器件快 10 倍。仅当驱动源（在本例中为栅极驱动器）的输出与 GaN FET 的栅极紧密连接时，才能启用这种快速开关。

电气结果是几乎完美的方波，振铃非常小。机械结果是变压器尺寸减小了 59%，进而显着降低了电动汽车的整体尺寸和重量，从而延长了行驶时间。

GaN 高速开关的另一个好处是非常高的功率转换效率，在传统的大功率系统中，它可以在 96% 到 98% 之间变化。因此，这些系统将需要一个冷却风扇来消除数百瓦的热量浪费。典型的 GaN 系统提供超过 99% 的效率——因此这些系统不仅使用更少的能源，而且还消除了对冷却风扇的需求。对于电动汽车和充电站而言，最大限度地减少热量和电力损失的能力对于缩短充电时间至关重要。

　　审核编辑：汤梓红