在國家環(huán)保政策的激勵下，電動(dòng)汽車(chē)正日益普及。中國是世界最大的汽車(chē)市場(chǎng)。據Goldman Sachs報道，2016年中國電動(dòng)汽車(chē)占全世界電動(dòng)汽車(chē)的45%, 這一百分比到2030年可能升至60%。根據中國的“一車(chē)一樁”計劃，電動(dòng)汽車(chē)充電樁總數在2020年將達480萬(wàn)個(gè)，與現有的接近50萬(wàn)個(gè)相比，未來(lái)2年多內將安裝430萬(wàn)個(gè)，其中將至少有200萬(wàn)個(gè)是大功率直流充電樁。安森美半導體是嶄露頭角的電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)半導體領(lǐng)袖，緊跟市場(chǎng)趨勢，提供全面的高性能方案，包括超級結SuperFET® III MOSFET、碳化硅(SiC)二極管、IGBT、隔離型門(mén)極驅動(dòng)器、電流檢測放大器、快恢復二極管，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電樁市場(chǎng)需求并推動(dòng)創(chuàng )新。
電動(dòng)汽車(chē)充電樁基礎知識及市場(chǎng)趨勢
電動(dòng)汽車(chē)充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。電網(wǎng)中的交流電通過(guò)交流充電樁直接給車(chē)載充電器(OBC)供電，OBC 把AC轉換成DC，然后通過(guò)配電箱為車(chē)內的動(dòng)力電池充電。直流充電樁則包含許多AC-DC電源模塊。
目前電動(dòng)汽車(chē)電池容量基本在20至90 KWH，續航里程為200至500 km，充電方式從3c到10c。續航里程是目前電動(dòng)汽車(chē)不及傳統燃油汽車(chē)受歡迎的一個(gè)原因，要想增加續航里程，需提升電池容量密度。另外，車(chē)主希望充電時(shí)間更短，快充技術(shù)的支持必不可少。充電樁的功率目前在60 KW到90 KW，未來(lái)將發(fā)展到150 KW到240 KW甚至更高以縮短充電時(shí)間。而電動(dòng)汽車(chē)電源模塊的功率目前在15 KW、20 KW、30 KW，未來(lái)會(huì )發(fā)展到40 KW、50 KW、60 KW甚至更高。從目前充電樁市場(chǎng)的狀況來(lái)看，有3大趨勢：寬范圍的恒定功率、寬范圍的輸出電壓、更高功率的模塊。
電動(dòng)汽車(chē)充電樁電源模塊框圖
典型的電動(dòng)汽車(chē)充電樁電源模塊框圖以及安森美半導體相應的產(chǎn)品如圖1所示。
圖1：典型的電動(dòng)汽車(chē)充電樁電源模塊框圖
SuperFET® III MOSFET 實(shí)現高功率密度
安森美半導體具有寬廣的超級結MOSFET(SuperFET)產(chǎn)品陣容，新一代SuperFET® III較SuperFET® II減小達40%的Rds(on)，在應用于大功率應用中可減小并聯(lián)FET數，實(shí)現更高功率密度。SuperFET® III有3種版本：FAST版本、Easy Drive版本和FRFET版本，分別針對不同的設計需求。
FAST版本用于硬開(kāi)關(guān)拓撲，提供高能效和減小Qg和Eoss。Easy Drive版本用于硬/軟開(kāi)關(guān)，易驅動(dòng)，實(shí)現低EMI和電壓尖峰，優(yōu)化內部Rg和電容。FRFET版本用于軟開(kāi)關(guān)拓撲，更小的Qrr和Trr實(shí)現更高的系統可靠性。
表1：650V SuperFET® III Easy Drive器件
表2：650V SuperFET®III FRFET器件
SiC二極管具有卓越的強固性及競爭性能
隨著(zhù)充電樁功率的提升，由于SiC 提供比硅更低的開(kāi)關(guān)損耗和導通損耗，大多功率器件將轉向SiC二極管及FET。安森美半導體已推出650 V和1200 V SiC二極管，并即將發(fā)布 1200 V SiC MOSFET。其SiC二極管在寬溫度范圍具有比最好的競爭器件更低的VF，雪崩能量大，浪涌電流額定值大，從而提供卓越的強固性。
表3：650 V SiC二極管
表4：1200 V SiC二極管
各種不同IGBT系列涵蓋所有應用
安森美半導體為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電樁創(chuàng )新，推出第四代場(chǎng)截止(FS4) 650 V IGBT和超高速(UFS) 1200 V IGBT。FS4 650 V IGBT提供業(yè)界最低的飽和壓降VCE(sat)和最低的關(guān)斷損耗EOFF，UFS 1200 V IGBT擁有行業(yè)內最低的開(kāi)關(guān)損耗Ets和VCE(sat) ，各種不同系列涵蓋所有應用，同類(lèi)最佳的性能提供出色的系統能效及可靠性。
隔離型門(mén)極驅動(dòng)器
目前在充電樁的設計中，數字芯片用得很多，數字芯片是低壓側，而功率部分是高壓側，兩者間需要有隔離并需帶有驅動(dòng)能力。
安森美半導體的高壓門(mén)極驅動(dòng)器具有比競爭器件更低的開(kāi)通損耗Eon、關(guān)斷損耗Eoff、導通損耗Econ，或飽和壓降VCE(sat) ，集成DESAT、米勒鉗位、欠壓鎖定、熱關(guān)斷等豐富的保護特性，且不同單體之間的脈寬失真和延遲變化很小，還提供靈活、高集成度、低成本等諸多優(yōu)勢。IGBT門(mén)極驅動(dòng)器在米勒平坦區提供大電流驅動(dòng)，同時(shí)提供最低的VOH/VOL。
除了高壓門(mén)極驅動(dòng)器，安森美半導體還提供一系列光隔離門(mén)極驅動(dòng)器和高速光隔離器，廣泛用于充電樁的信號傳輸電路中。
電流檢測放大器
電流檢測放大器主要用于充電樁的輸入輸出電流檢測及內部拓撲的電流采樣，提供有助于實(shí)現系統中安全和診斷功能的關(guān)鍵信息。安森美半導體提供集成外部增益設置電阻的電流檢測放大器用于低壓電流檢測，如NCSx333零漂移運算放大器提供高精度的方案，NCS200xx 低功耗運算放大器提供具性?xún)r(jià)比的方案。集成內部增益設置電阻的NCS21x零漂移電流檢測放大器，提供高集成度、高精度和高能效優(yōu)勢。
快恢復二極管
快恢復二極管主要有UltraFast II、HyperFast II、Stealth II二極管、FS III二極管。UltraFast II具有低VF(<1.5 V)，trr<100 ns，用于電源輸出整流、汽車(chē)升壓器及適配器和顯示器。HyperFast II具有快速trr(<35 ns)，用于PFC、續流二極管、光伏(PV)逆變器、不間斷電源(UPS)。Stealth II二極管具有軟恢復的S因子，提供出色的EMI性能和更好的電壓尖峰，trr<30 ns，用于PFC、PV逆變器及UPS。FS III二極管具有軟恢復的S因子，trr<35 ns，用于輸出整流、續流二極管、PV逆變器及UPS。
其它器件
此外，安森美半導體還提供各種IPM/SPM、功率集成模塊(PIM)、T6和T8 MOSFET、PTNG 100 V MOSFET、有源鉗位反激控制器、多模PFC、LLC同步整流、電池管理系統ASSP、PLC方案等，并即將發(fā)布寬禁帶(WBG)驅動(dòng)器，推動(dòng)充電樁創(chuàng )新。
IPM/SPM與分立方案相比，在減少占板空間、提升系統可靠性、簡(jiǎn)化設計和加速產(chǎn)品上市等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。隨著(zhù)充電樁功率的提升，PIM將是發(fā)展趨勢，實(shí)現更高功率密度，先進(jìn)的封裝提供極佳散熱性。T6 40V MOSFET 有業(yè)界最低的RDS(on)。PTNG 100 V MOSFET與競爭器件有相似的RDS(on)，但減少50% 的Qrr。有源鉗位反激控制器用于設計高能效、高功率密度的電源。WBG驅動(dòng)器可驅動(dòng)SiC或氮化鎵(GaN)。
總結
在政府政策的引導下，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)蓬勃發(fā)展。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的數量增長(cháng)，充電樁的數量也隨之迅速增長(cháng)。安森美半導體是嶄露頭角的電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)半導體領(lǐng)袖，并憑借在功率器件和模塊領(lǐng)域的專(zhuān)知，提供SuperFET® III MOSFET、SiC diode、IGBT、隔離型門(mén)極驅動(dòng)器、運算放大器、快恢復二極管、IPM、PIM等廣泛的高性能產(chǎn)品，為充電樁的設計提供強有力支持，并持續開(kāi)發(fā)更高功率的方案，助力實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)更快充電、更長(cháng)的續航里程。
