本土Tier1推出GaN OBC：?jiǎn)渭?jí)拓?fù)洹?.1kW/L功率密度、98%峰值效率

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）近期GaN在OBC上的應(yīng)用方案開(kāi)始陸續(xù)推出市場(chǎng)，在一月初，陽(yáng)光電動(dòng)力推出了一款全新的二合一OBC方案，采用GaN器件以及單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)，實(shí)現(xiàn)了超高功率密度和高充電效率。

創(chuàng)新單級(jí)拓?fù)洌?.1kW/L功率密度，96.2%全電壓充電效率

OBC一般集成了DC-DC和AC-DC功能，過(guò)去主流的OBC是采用PFC+DC/DC兩級(jí)式拓?fù)湓O(shè)計(jì)，因?yàn)樾枰?jīng)過(guò)兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)換，效率受到限制；其次是在電路上設(shè)計(jì)復(fù)雜，元器件數(shù)量多，導(dǎo)致體積和重量較高，同時(shí)物料成本也難以壓縮。

陽(yáng)光電動(dòng)力這次推出的二合一OBC方案，采用了創(chuàng)新的單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)，取代了傳統(tǒng)的PFC+DC/DC兩級(jí)式拓?fù)?，僅需一次隔離變換，就能實(shí)現(xiàn)交流與直流雙向功率控制，有效精簡(jiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

OBC額定輸出功率6.6kW，DC-DC額定輸出3kW，全電壓充電效率為96.2%，峰值效率超過(guò)98%。為了提高效率，方案中使用了GaN功率器件，在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)提高系統(tǒng)功率密度。同時(shí)在方案中融合AI算法，基于諧振變換電路，進(jìn)行精確數(shù)學(xué)建模，獲得多目標(biāo)多自由度更優(yōu)控制策略，功率器件在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，損耗降低，系統(tǒng)效率顯著提升。

內(nèi)部功率器件采用頂部散熱，降低熱阻；功率回路面積大幅縮小，提高系統(tǒng)集成度。相比傳統(tǒng)方案，OBC整機(jī)重量可減輕25%以上，功率密度提升65%，達(dá)6.1kW/L，使其更容易與車輛電氣系統(tǒng)集成，便于整車輕量化設(shè)計(jì)。

另外，通過(guò)電路設(shè)計(jì)和更先進(jìn)的控制策略，OBC能夠去除了易受溫度、電壓波動(dòng)等因素影響的母線電解電容，消除器件壽命短板，整體使用壽命得到了顯著提升。

GaNOBC正在加速落地

在OBC功率更大、功率密度更高的需求趨勢(shì)下，SiC和GaN等第三代半導(dǎo)體器件的應(yīng)用被提上日程。作為在主驅(qū)逆變器上已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用的SiC，由于已經(jīng)有規(guī)模應(yīng)用的可靠性驗(yàn)證，因此也更早應(yīng)用到OBC上。

去年開(kāi)始，國(guó)際大廠在OBC方案上開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用第三代半導(dǎo)體，英飛凌在OBC領(lǐng)域技術(shù)路線圖中規(guī)劃，2024年將會(huì)大規(guī)模轉(zhuǎn)向SiC，功率密度提升至4kW/L；到2025年，推進(jìn)GaN進(jìn)入OBC，屆時(shí)功率密度將會(huì)提高至6kW/L以上。

目前主流功率半導(dǎo)體廠商都推出了基于SiC器件的OBC方案，比如安森美的OBC方案中包含升壓型三相PFC和雙向CLLC全橋轉(zhuǎn)換器，采用了EliteSiC1200VAPM32功率模塊，該功率模塊針對(duì)800V電池架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，更適用于高電壓和功率級(jí)OBC。

基于GaN的OBC則早在2023年就開(kāi)始有Tier1開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，到近期則有更多的成果落地。匯川聯(lián)合動(dòng)力在去年11月推出了一款6.6kW車載二合一電源產(chǎn)品，采用GaN功率器件，該產(chǎn)品采用了業(yè)內(nèi)先進(jìn)的PFC變頻調(diào)制技術(shù)、動(dòng)態(tài)母線控制技術(shù)、雙有源變換器調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)96%的滿載效率，功率密度達(dá)到4.8kW/L，整機(jī)重量降低20%。

小結(jié)：

隨著Tier1的相關(guān)產(chǎn)品逐步落地，GaNOBC也有望在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)車型搭載。對(duì)于普通用戶而言，GaNOBC的高效率，帶來(lái)的就是更低的使用成本和重量降低帶來(lái)的續(xù)航提升，電動(dòng)汽車正是由每一個(gè)零部件的細(xì)微提升，共同構(gòu)成了使用體驗(yàn)的大幅提高。