通過(guò)GaN電源管理技術(shù)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展

許多駕駛員因里程焦慮、擔(dān)心找不到可以長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)的充電站而猶豫是否購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)。

但電源管理方面的創(chuàng)新正在解決他們的猶豫。

與傳統(tǒng)硅基充電技術(shù)的汽車(chē)系統(tǒng)相比，結(jié)合了最新TI GaN電源管理技術(shù)的電動(dòng)和混動(dòng)汽車(chē)（HEV）充電速度更快，行駛距離更遠(yuǎn)。讓汽車(chē)制造商更廣泛地普及電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)是改善氣候和空氣質(zhì)量的重要一步。

TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：“我們的客戶(hù)正在尋找在不大幅增加車(chē)輛重量或成本的前提下增加功率的方法。TI高度集成的GaN解決方案使汽車(chē)設(shè)計(jì)師能夠開(kāi)發(fā)出更可靠、更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更高效的充電系統(tǒng)。這是從根本上革新充電系統(tǒng)。”

可靠的電源管理技術(shù)

GaN是一種用途廣泛的半導(dǎo)體材料，可承受高溫和高壓。這一點(diǎn)是諸如發(fā)光二極管、太陽(yáng)能逆變器和可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)等功率管理應(yīng)用的關(guān)鍵考量因素。在過(guò)去十年中，TI GaN已為各類(lèi)通信和工業(yè)設(shè)計(jì)有效供電，每款新產(chǎn)品都達(dá)到了新的功率密度和效率水平。

目前，TI憑借首款汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品為車(chē)載充電系統(tǒng)供電，將GaN的優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)給汽車(chē)市場(chǎng)。

對(duì)于混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)，TI GaN為制造商提供了優(yōu)于傳統(tǒng)硅或新碳化硅（SiC）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)技術(shù)在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，在增加充電時(shí)間的同時(shí)放出能量。與金屬氧化物硅（MOSFET）相比，可快速切換的集成柵極驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)功率輸出和功率密度的翻倍，設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)一步優(yōu)化車(chē)載充電體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

TI電動(dòng)汽車(chē)/ HEV電池汽車(chē)產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和功能安全總監(jiān)Ivo Marocco稱(chēng)：“高效的電源管理后續(xù)需要關(guān)注三件事。首先，需要精確充電。其次，電池系統(tǒng)需要更高的安全性。第三，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性是關(guān)鍵。鋰電池占到汽車(chē)成本的30％，而GaN基解決方案可以減少50％的功耗，從而提供更有效的方法。TI GaN技術(shù)可以解決所有這些問(wèn)題。”

更快、更小、更可靠的電源管理

從小型手持式消費(fèi)類(lèi)設(shè)備和筆記本電腦到大型數(shù)據(jù)中心，科技不斷進(jìn)步，電源管理也變的尤為重要——電動(dòng)汽車(chē)也不例外。隨著時(shí)間的推移，雖然諸如絕緣柵雙極晶體管和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管之類(lèi)的較早的功率開(kāi)關(guān)技術(shù)表現(xiàn)良好，但設(shè)計(jì)人員仍受限于尺寸、散熱、延遲、開(kāi)關(guān)速度等問(wèn)題。

所有電源管理都涉及開(kāi)關(guān)——接通和關(guān)斷電流。開(kāi)關(guān)效率低下會(huì)導(dǎo)致功率損耗，這就需要更充足的電源供給和充電時(shí)間來(lái)補(bǔ)償損耗?？焖?、精確的開(kāi)關(guān)技術(shù)可產(chǎn)生更無(wú)縫高效的能量流，進(jìn)而減少系統(tǒng)尺寸，并縮減成本。

Steve稱(chēng)：“GaN快速的開(kāi)關(guān)速度提高了效率，從而減輕了汽車(chē)?yán)鋮s的負(fù)擔(dān)。電源磁性器件的尺寸減小了約60％，GaN的高效降低了系統(tǒng)成本并提高了整體功率密度。最終的成果體現(xiàn)在車(chē)輛的減重以及增加的續(xù)駛里程上。這就是GaN基電源管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)?！?/p>

混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)工程師能夠通過(guò)GaN實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有解決方案加倍的功率密度、更快的電池充電速度、更穩(wěn)定可靠的運(yùn)行以及更高的車(chē)載充電系統(tǒng)效率。

Ivo稱(chēng)：“GaN已推出一段時(shí)間了，大家都了解其優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)在它已從汽車(chē)領(lǐng)域理論轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)用，十分令人興奮?！?/p>

TI高度集成的GaN解決方案可優(yōu)化成本和功耗

TI GaN的創(chuàng)新遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了普通開(kāi)關(guān)。它為客戶(hù)提供了能夠創(chuàng)建GaN基車(chē)載充電系統(tǒng)的全套功能，這也將成為混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)向前發(fā)展的重要一步。

我們利用汽車(chē)專(zhuān)業(yè)知識(shí)將TI 硅基氮化鎵（GaN-on-silicon）FET和快速切換的2.2MHz硅柵極驅(qū)動(dòng)器共同封裝。在單個(gè)芯片中集成了開(kāi)關(guān)、控制器和保護(hù)技術(shù)，為客戶(hù)提供了一種將所有部件整合在一起的簡(jiǎn)便方法。

Steve稱(chēng)：“就像是將大腦和肌肉結(jié)合在一起。開(kāi)關(guān)是肌肉，但集成了控制器的TI GaN就像大腦一樣智能，能讓開(kāi)發(fā)人員從我們的解決方案中獲得最高性能。”

對(duì)GaN進(jìn)行測(cè)試

由于GaN和其他寬帶隙晶體管在結(jié)構(gòu)和材料上與硅設(shè)備有所差異，它們需要專(zhuān)門(mén)定制的測(cè)試指南以確保設(shè)備的可靠性。測(cè)試指南對(duì)于增強(qiáng)人們對(duì)GaN可靠性的信心以及推進(jìn)其在整個(gè)行業(yè)的應(yīng)用至關(guān)重要。

TI與合作伙伴共同創(chuàng)立了JEDEC的JC-70寬帶隙功率電子轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體委員會(huì)，旨在為工程師提供有效指導(dǎo)，幫助他們創(chuàng)造可靠設(shè)計(jì)。委員會(huì)近期宣布了專(zhuān)門(mén)針對(duì)GaN的新開(kāi)關(guān)指南——JEP180：氮化鎵功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的開(kāi)關(guān)可靠性評(píng)估程序指南。

TI GaN技術(shù)創(chuàng)新架構(gòu)師Stephanie Watts Butler博士稱(chēng)：“這項(xiàng)新指南為工程師提供了對(duì)開(kāi)關(guān)行為的可靠評(píng)估，將進(jìn)一步加速GaN在整個(gè)行業(yè)的普及，尤其是在效率、功率密度和可靠性至關(guān)重要的汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)中。

過(guò)去十年中，我們的內(nèi)部可靠性實(shí)驗(yàn)室對(duì)GaN性能進(jìn)行了超過(guò)4，000萬(wàn)小時(shí)的設(shè)備可靠性測(cè)試和超過(guò)5 GWh的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用測(cè)試，以確保設(shè)備的長(zhǎng)期可靠性。

Steve稱(chēng)：“GaN就像是一款精密的瑞士手表。它可以進(jìn)行非常精確的調(diào)整，并且我們知道如何將其調(diào)整至最佳性能。我們的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室為我們提供了答案?！?/p>

更環(huán)保、更安全、更智能的交通世界

汽車(chē)行業(yè)正在見(jiàn)證混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(zhǎng)——同比增長(zhǎng)近60％。預(yù)計(jì)到2025年，目前的560萬(wàn)輛汽車(chē)會(huì)增長(zhǎng)至占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的30%的龐大數(shù)量。美國(guó)現(xiàn)有的約25，000個(gè)充電站網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)也會(huì)大幅擴(kuò)張。

Steve稱(chēng)：“我們的GaN電源管理技術(shù)為汽車(chē)設(shè)計(jì)工程師和汽車(chē)制造商提供了一個(gè)大幅減少車(chē)輛充電時(shí)間、增加功率密度、提高成本效率、增加行駛里程和提高可靠性的機(jī)會(huì)?；靹?dòng)/電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用阻礙將會(huì)減少，人們能夠更加齊心協(xié)力地創(chuàng)造一個(gè)更清潔、更環(huán)保的星球。”

審核編輯：郭婷