在當(dāng)今社會(huì)，消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車(EV)的需求持續(xù)攀升，為了能與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)(ICE)汽車競爭，電動(dòng)汽車必須延長續(xù)航里程。解決這一問題主要有兩種途徑：一是在不顯著增加電池尺寸或重量的前提下提升電池容量;二是提高主驅(qū)逆變器等關(guān)鍵高功率器件的運(yùn)行能效。然而，電子元件的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗會(huì)造成巨大的功率損耗，為應(yīng)對(duì)這一情況，汽車制造商紛紛選擇提高電池電壓來增加車輛的續(xù)航里程。由此，800V 電池架構(gòu)越來越普及，并極有可能最終取代目前廣泛使用的 400V 技術(shù)。

對(duì)于電動(dòng)汽車而言，電池容量越大，所需的充電時(shí)間往往就越長，這無疑成為了車主的一大顧慮，因?yàn)檫@意味著在抵達(dá)目的地前若需中途充電，就要面臨長時(shí)間的等待。所以，正如提高電池電壓至關(guān)重要一樣，汽車整車廠商也必須緊跟電動(dòng)汽車車載充電器(OBC)的發(fā)展步伐。首要任務(wù)便是確保 OBC 能夠支持 800V 電池架構(gòu)，并能夠處理更高的電壓。這就要求現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn) 650V 額定芯片元件逐步過渡到額定電壓最高達(dá) 1200V 的芯片元件。此外，為了加快電池充電速率，市場對(duì)更高額定功率 OBC 的需求也在與日俱增。

OBC 的主要功能是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，從而使汽車能夠利用電網(wǎng)等交流電源進(jìn)行充電。充電站的輸出峰值會(huì)顯著限制充電速度，同樣，OBC 的峰值功率處理能力也是影響充電速度的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)有的充電基礎(chǔ)設(shè)施中，充電樁分為三個(gè)等級(jí)：1 級(jí)的最大功率為 3.6kW;2 級(jí)的功率范圍是 3.6kW 至大約 22kW，這與 OBC 的最大容量相當(dāng);3 級(jí)提供直流電，無需使用 OBC，功率為 50kW 至 350+kW。盡管速度較快的 3 級(jí)直流充電站已經(jīng)投入使用，但其在全球范圍內(nèi)的分布較為有限，因此 OBC 在現(xiàn)階段仍然不可或缺。而且，許多企業(yè)正在努力提升現(xiàn)有 2 級(jí)充電基礎(chǔ)設(shè)施的性能，并積極推動(dòng)更高電壓電池技術(shù)的應(yīng)用，預(yù)計(jì)市場對(duì)更高能效 OBC 的需求還將持續(xù)增長。

為了加快充電速度、滿足消費(fèi)者的需求，行業(yè)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向更強(qiáng)大的三相 OBC。但需要注意的是，電動(dòng)汽車的實(shí)際充電時(shí)間受到多種因素的影響。充電并非是一個(gè)線性過程，當(dāng)電池接近滿容量(通常超過 80%)時(shí)，充電速度會(huì)放緩，以保護(hù)電池健康。也就是說，電池電量越滿，接受電能的速度就越慢。此外，電氣化趨勢正逐漸向公共汽車、貨車、重型車輛、農(nóng)業(yè)用車等各種車輛類型以及船舶領(lǐng)域延伸，OBC 還將不斷發(fā)展，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 22kW 以上更高的功率等級(jí)。汽車整車廠商若想通過構(gòu)建更強(qiáng)大的 OBC 來提高 2 級(jí)充電站的充電速度，就需要采用經(jīng)濟(jì)高效且性能可靠的電子元件，以實(shí)現(xiàn)更高的電壓(800V，而非 400V)和更高的功率等級(jí)。

對(duì)于更高性能的 OBC 設(shè)計(jì)，除了額定功率和電池電壓這兩個(gè)關(guān)鍵因素外，還有諸多方面需要考慮。散熱管理便是其中之一，雖然增加 OBC 的尺寸和重量在一定程度上可以解決散熱問題，但這種簡單的方法并不理想。因?yàn)殡妱?dòng)汽車內(nèi)部空間有限，難以容納過于龐大的 OBC，而且重量的增加會(huì)導(dǎo)致車輛續(xù)航里程縮短。此外，封裝限制、器件成本、電磁兼容性(EMC)以及對(duì)雙向充電的潛在需求等因素也不容忽視。

800V 電池架構(gòu)雖然具有減少導(dǎo)通損耗、提高性能、加快充電和電力輸送速度等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也給設(shè)計(jì)師帶來了一系列復(fù)雜的難題。在器件供應(yīng)方面，尋找能夠在 800V 電壓下安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的器件并非易事;為了確?？煽啃裕词故呛细竦钠骷部赡苄枰殿~使用，即低于其最大容量的功率運(yùn)行;更高電壓的系統(tǒng)對(duì)絕緣和安全功能提出了更高的要求，安全問題成為設(shè)計(jì)中的重中之重;而驗(yàn)證高電壓系統(tǒng)的過程更為復(fù)雜，往往需要專門的設(shè)備和專業(yè)的知識(shí)。

為了解決這些問題，需要使用擊穿電壓更高的元件，特別是對(duì)于 MOSFET 而言。實(shí)踐證明，在像 OBC 這樣需要更快 MOSFET 開關(guān)的更高電壓應(yīng)用中，采用高性能碳化硅(SiC)元件將帶來諸多益處。在開發(fā) PCB 布局時(shí)，充分考慮電壓等級(jí)至關(guān)重要，因?yàn)榭赡苄枰鄳?yīng)地?cái)U(kuò)大元件間距以及 PCB 走線之間的距離。同樣，暴露在更高電壓下的其他器件，如連接器、變壓器、電容等，也需要具備更高的額定值。

在改進(jìn) OBC 設(shè)計(jì)、提升性能和功能方面，安森美(onsemi)是一家值得信賴的高功率汽車應(yīng)用功率模塊供應(yīng)商，能夠?yàn)橄?800V 電池系統(tǒng)的過渡提供有力支持。安森美的先進(jìn) EliteSiC 1200V MOSFET 和汽車功率模塊(APM)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率密度，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域備受認(rèn)可。APM32 功率模塊系列集成了安森美的先進(jìn) 1200V SiC 器件，針對(duì) 800V 電池架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，非常適用于高電壓和高功率級(jí)別的 OBC。該系列包括用于功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)的三相橋模塊，例如采用 1200V 40mΩ EliteSiC MOSFET(集成溫度感測)的 NVXK2VR40WDT2，專為 11 - 22kW OBC 終端應(yīng)用而設(shè)計(jì)。與分立方案相比，APM32 模塊技術(shù)具有眾多優(yōu)勢，如尺寸更小、散熱設(shè)計(jì)更佳、雜散電感更低、內(nèi)部鍵合電阻更低、電流能力更強(qiáng)、EMC 性能更好、可靠性更高等，有助于創(chuàng)建高性能雙向 OBC。這不僅能夠增強(qiáng)車輛 OBC 的功能，還能讓電動(dòng)汽車充當(dāng)移動(dòng)的電池儲(chǔ)能器。

在全球各地逐漸向太陽能和風(fēng)能等可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的背景下，電網(wǎng)的電力供應(yīng)有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。此時(shí)，充滿電的電動(dòng)汽車能夠作為重要的儲(chǔ)能資源，用于支援電網(wǎng)的峰值需求，或者在建筑物主要電源受損的緊急情況下發(fā)揮作用。利用安森美 APM32 等模塊，OBC 可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車電池的雙向能量傳輸。如此一來，電池存儲(chǔ)的能量可以在短時(shí)間內(nèi)為房屋供電，之后還能隨時(shí)進(jìn)行充電。

與一些將封裝技術(shù)外包的競爭對(duì)手不同，安森美的 APM 系列均在內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，這使得其能夠更好地掌控散熱優(yōu)化。此外，安森美為制造商提供了一系列豐富的封裝和制造選項(xiàng)，包括裸片、分立元件或模塊，確保能夠?yàn)槿魏蜗冗M(jìn)的 OBC 設(shè)計(jì)提供合適的解決方案。

綜上所述，OBC 技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展的階段，它不僅能夠幫助汽車制造商滿足消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的需求，還能有效應(yīng)對(duì) 800V 電池架構(gòu)等新技術(shù)趨勢帶來的挑戰(zhàn)。借助安森美系統(tǒng)方案，如 APM32 功率模塊，汽車設(shè)計(jì)人員能夠簡化設(shè)計(jì)流程，高效滿足新的需求，在大幅減少設(shè)計(jì)工作量的同時(shí)，確保更高的質(zhì)量、可靠性和供應(yīng)鏈一致性。此外，安森美還提供廣泛的技術(shù)支持、仿真及其他電源方案，包括 EliteSiC 1200V M1 和 M3S MOSFET、EliteSiC 1200V D1 和 D3 二極管，以及電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器、CAN 收發(fā)器和可復(fù)位保險(xiǎn)絲等配套器件，致力于助力實(shí)現(xiàn)全面、高性能的 OBC 設(shè)計(jì)，推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)朝著更加高效、便捷的方向發(fā)展。