汽车电气化并不新鲜。事实上，最早的电动汽车（EV）是在 19 世纪推出的，而在 19 世纪末和 20 世纪初，电动汽车的销量达到了顶峰，一度超过了汽油车。
目前，电动汽车正在进入下一个高峰期。与以往不同，世界现在面临着越来越大的减少碳排放的压力。同时，半导体的创新和电动汽车价格的降低，让消费者更倾向于使用电动汽车。
2010年，电池组每千瓦时的平均价格超过1000美元，到2024年，这个数字预计将降至100美元以下。此外，新型电动汽车一次充电可行驶 300 多英里（480 公里），是 10 年前电动汽车的三倍。由于这些趋势，到 2025 年，预计高达 30% 的新车将是电动汽车。然而，推动更多电动汽车并非没有挑战。
汽车电气化的挑战
随着汽车制造商开发更具创新性和价格合理的电动汽车，对高效充电站的需求不断增长，进一步提高了消费者的采用率。一个独立的直流快速充电器可以在短短 30 分钟内将电动汽车快速充电至 80%，而您在家里慢速充电可能需要 10 多个小时。为了减少充电时间，大型直流充电桩开始密集部署。然而，这些独立充电站的设计成本可能很高，并且在正常运行和待机模式下都会消耗大量电力。为了满足这些电力需求，工程师的任务是使电网和车辆内部的电子设备更小、更可靠、更高效且更实惠。
电动汽车生态系统中的半导体创新
为了在更高功率水平下实现最佳车辆效率和更快的充电时间，采取整体方法非常重要，首先要全面了解从电源到负载的整个系统。对于 EV 和 HEV 等快速发展的应用，系统组件需要具有可扩展性和灵活性，以适应不断变化的高电池电压、双向充电和上市时间。为了在更小的空间内提高大功率电动汽车和直流充电系统的效率，有两个不同的电源管理目标——高功率密度和低电磁干扰 (EMI)。
功率密度
氮化镓 (GaN) 正成为功率密度的代名词，因为它的开关速度比传统硅甚至碳化硅器件快 10 倍。只有当驱动源（例如栅极驱动器）的输出与 GaN FET 的栅极紧密耦合时，才能启用这种快速开关。
使用氮化镓，可以产生近乎完美的方波，振铃非常小。在机械方面，变压器的尺寸也可以减少59%，进而可以显着减小电动汽车的整体尺寸和重量，从而延长行驶时间。
图 1：集成 GaN 和控制器功率级将使 EV 车载充电器的尺寸减小 50%。
GaN 高速开关的另一个好处是非常高的功率转换效率，在传统的大功率系统中，它在 96% 和 98% 之间。因此，这些系统将需要一个冷却风扇系统来消除数百瓦的废热。典型的 GaN 系统提供超过 99% 的效率 - 因此这些系统不仅使用更少的能源，而且还消除了对冷却系统的需求。对于电动汽车和充电站，最大限度地减少热量和电力损失对于缩短充电时间至关重要。
低 EMI
封装不仅仅是为电子元件提供外壳；它必须保护电路免受恶劣条件的影响，并保护用户免受极高电压的影响。例如，德州仪器 (TI) 将更多功能集成到单个封装中的能力正在推动更高的功率密度、更高的系统可靠性和更低的整体系统成本。一个例子是 TI 的带有集成变压器的 -Q1 DC-DC 偏置电源模块，它正在取代 EV 系统中的大型和笨重的机械变压器。将磁性元件集成到集成电路中是硅和软件进步的结果，这些进步已经超过了铁和铜等传统变压器行业的进步。TI 的集成隔离式偏置电源模块可实现更小的初级到次级侧电容，
图 2：TI 的 -Q1 是一款小巧而精确的 1.5W 隔离式 DC/DC 偏置电源模块。
此外，如果要将电动汽车等大功率系统的效率提高 1% 到 2%，工程师将不得不从源头到负载重建整个系统，同时挑战传统思维。例如，当今许多系统中使用的低功耗集中式反激偏置电源可以考虑重新设计，采用更小的分布式电源架构，该架构集成了 EMI 缓解、更高的效率和双倍的功率密度。新产品可以充分发挥作用。
到未来
TI 半导体使越来越多的电子产品能够以比以往更高效、更可靠和更经济的方式供电。为了在功率方面保持领先电动车电源锁更换教程，工程师需要能够以更低的成本将更多的功率装入更小的空间。突破电源管理的界限意味着颠覆当前的思维。通过进一步提高系统级效率、可靠性和成本，半导体创新将继续在汽车电气化中发挥重要作用。
作者：Steve电动车电源锁更换教程，德州仪器公司高压电源解决方案副总裁
如何解决电动汽车电源痛点的功率密度和EMI - 电子工程世界