長安汽車推出了據稱是全球首款商用氮化鎵（GaN）車載充電器（OBC）技術平臺，并將其集成到新推出的啟遠E07電動汽車中。作為中國歷史最悠久的汽車制造商之一，比亞迪采用了Navitas Semiconductor的高功率GaN器件，以提高汽車充電系統的功率密度和效率。

基于長安SDA平臺，長安啟遠E07是一款原創電動SUV混合動力皮卡。它運行由三元鋰電池驅動的單電機和雙電機系統。雙電機版本提供598馬力（440千瓦），達到210公里/小時，而單電機版本提供343馬力（252千瓦）。有關電池容量和續航里程的細節尚不清楚。

該車配備了先進的激光雷達和攝像頭，確保了高水平的駕駛員輔助能力。一個突出的特點是它的近地軌道衛星連接，提供持續的互聯網接入。

長安聲稱，基于gan的OBC在充放電效率為96%，功率密度為每升6千瓦。該公司還預測，更高的效率可能會使汽車的壽命行駛里程延長約1萬公里。長安還強調了另一個可能降低成本的重要因素。根據該公司的說法，與標準的OBC解決方案相比，該車的用戶可以在其使用壽命內享受15-20%的充電成本降低。

圖1：長安汽車在屈原E07電動汽車發布會上展示了其全球首個基于gan的OBC，使用了Navitas GaNSafe技術

由于氮化鎵技術可以實現更小、更輕、更高效的設計，因此它在電動汽車電力電子領域的應用越來越廣泛。相對于傳統的硅基組件，氮化鎵晶體管的開關損耗降低有助于解釋更好的總體系統性能。雖然基于gan的obc已經在開發中，但長安的商業集成標志著汽車行業的一個轉折點。

這一變化符合更普遍的行業趨勢，即電動汽車的功率轉換系統更小，效率更高。隨著制造商試圖最大化能源使用和充電基礎設施，GaN技術預計將在下一代電動汽車設計中變得更加重要（圖1和2）。

圖2：使用Navitas高功率GaNSafe的長漢gan基OBC實現6kW/L，充電效率和DC-DC效率均為96%

Navitas技術

盡管GaN fet具有相當脆弱的柵極，但在同一封裝中集成最佳柵極驅動器有助于減少這種脆弱性。GaN ic確保適當的柵極控制，防止損壞并提高可靠性。

Navitas的GaNSafe電源ic體現了這一戰略，因為它們在高溫和長時間運行的具有挑戰性的電動汽車環境中提供了強大的性能。這些第四代基于GaN的ic具有連續650 V工作能力，可承受800 V峰值，具有柵極驅動控制（具有零柵極源環路電感），傳感和關鍵保護功能，可提供業界最安全的GaN功率器件。

GaNSafe允許修改dV/dt的開啟和關閉速度，以簡化EMI合規性。內置安全元件包括超高速短路保護（在50 ns內），2 MHz開關和2 kV ESD保護，這些都是分立GaN晶體管所沒有的。

采用TOLL (RDS(on))= 35-98 mΩ)和TOLT （RDS(on) = 25-98 mΩ）封裝，可提供良好的熱性能。采用頂部冷卻，TOLT封裝暴露排水孔以最大限度地散熱，因此支持大電流使用并簡化熱管理（圖3）。

圖3:GaNSafe技術（來源：Navitas）

電動汽車的氮化鎵：提高效率和續航里程

作為電動汽車（ev）的主要寬帶隙半導體材料，氮化鎵（GaN）比傳統的硅基電力電子產品具有更好的效率、功率密度和熱穩定性。這些優點有助于降低系統重量，提高總體性能，并延長EV范圍。對于重要的電動汽車應用，如車載充電器（OBCs）、高壓到低壓（hv到- LV） DC/DC轉換器和動力總成集成，GaN能夠在更高的開關頻率下運行，功耗更低，因此非常適合。GaN可以在obc中實現更高的效率和功率密度，從而降低尺寸和充電時間。GaN驅動低能量損耗、緊湊、高性能的高壓-低壓DC/DC轉換器解決方案。

雖然SiC在牽引逆變器（800V系統）等高功率應用中占主導地位，但GaN在中等功率汽車應用中具有有效的競爭力，特別是在48V-400V系統中。GaN-on-Si技術目前被廣泛采用，行業從6英寸晶圓過渡到8英寸晶圓，以提高生產的可擴展性。然而，晶圓彎曲和8英寸晶圓上的外延缺陷等挑戰需要解決。

電動汽車發展的一個大趨勢是基于氮化鎵的動力總成系統的集成，通過消除重復的硬件來減輕重量并提高效率。GaN具有高速開關、零反向恢復和超過100 V/ns開關速度的可能性，適用于圖騰桿PFC、CLLC和LLC諧振DC/DC轉換器。隨著汽車GaN技術的發展，規模經濟的增長和全面的可靠性測試將有助于推動更多的接受度。

OBCs在電動汽車充電和普及中的作用

電動汽車的充電時間不僅取決于路邊充電設施，還取決于車載充電器（OBC）的能力。寬帶隙（WBG）材料的進步大大提高了充電速度，路邊充電器從低速1級（3.3 kW）發展到超高速直流充電器（高達350 kW）。高壓架構（MCS標準中高達1,250 V - Mega Charging Systems）需要額定功率為2300 V的電源器件，碳化硅（SiC）成為關鍵推動者。

然而，高效充電也依賴于OBC，它將交流電轉換為高壓直流電以供電池存儲。雖然800 V的電池系統需要1200 V的SiC器件，但氮化鎵（GaN）非常適合高達650 V的系統中的obc。Navitas等公司正在推進基于gan的OBC技術，該技術具有單片集成的驅動和控制功能，可以提高效率并減少組件數量。

盡管電動汽車的接受速度很快，但擴大充電基礎設施仍然存在困難。研究表明，“充電焦慮”，而不是續航里程限制，降低了消費者的信心。如果電動汽車想要成為主流，就必須在充電時間為20分鐘的情況下行駛350英里，因此強調需要不斷改進OBC和路邊充電技術。

本文編譯自power electronics news.