許多駕駛員因里程焦慮、擔心找不到可以長(cháng)時(shí)間停車(chē)的充電站而猶豫是否購買(mǎi)電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車(chē)。

 

但電源管理方面的創(chuàng )新正在解決他們的猶豫。

 

與傳統硅基充電技術(shù)的汽車(chē)系統相比，結合了最新TI GaN電源管理技術(shù)的電動(dòng)和混動(dòng)汽車(chē)（HEV）充電速度更快，行駛距離更遠。讓汽車(chē)制造商更廣泛地普及電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)是改善氣候和空氣質(zhì)量的重要一步。

 

TI高壓電源解決方案副總裁Steve Lambouses表示：“我們的客戶(hù)正在尋找在不大幅增加車(chē)輛重量或成本的前提下增加功率的方法。TI高度集成的GaN解決方案使汽車(chē)設計師能夠開(kāi)發(fā)出更可靠、更經(jīng)濟實(shí)用、更高效的充電系統。這是從根本上革新充電系統。”

 

可靠的電源管理技術(shù)

 

GaN是一種用途廣泛的半導體材料，可承受高溫和高壓。這一點(diǎn)是諸如發(fā)光二極管、太陽(yáng)能逆變器和可再生能源存儲系統等功率管理應用的關(guān)鍵考量因素。在過(guò)去十年中，TI GaN已為各類(lèi)通信和工業(yè)設計有效供電，每款新產(chǎn)品都達到了新的功率密度和效率水平。

 

目前，TI憑借首款汽車(chē)級產(chǎn)品為車(chē)載充電系統供電，將GaN的優(yōu)勢展現給汽車(chē)市場(chǎng)。

 

對于混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)，TI GaN為制造商提供了優(yōu)于傳統硅或新碳化硅(SiC)技術(shù)的優(yōu)勢。傳統技術(shù)在充電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量熱量，在增加充電時(shí)間的同時(shí)放出能量。與金屬氧化物硅（MOSFET）相比，可快速切換的集成柵極驅動(dòng)器可實(shí)現功率輸出和功率密度的翻倍，設計人員能夠進(jìn)一步優(yōu)化車(chē)載充電體系結構的設計。

 

GaN能讓汽車(chē)設計人員開(kāi)發(fā)出更可靠、更經(jīng)濟、能量使用效率更高的系統。這是一次改變傳統規則的革新。--- Steven LambousesTI高壓電源解決方案副總裁

 

TI電動(dòng)汽車(chē)/ HEV電池汽車(chē)產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和功能安全總監Ivo Marocco稱(chēng)：“高效的電源管理后續需要關(guān)注三件事。首先，需要精確充電。其次，電池系統需要更高的安全性。第三，經(jīng)濟實(shí)用性是關(guān)鍵。鋰電池占到汽車(chē)成本的30％，而GaN基解決方案可以減少50％的功耗，從而提供更有效的方法。TI GaN技術(shù)可以解決所有這些問(wèn)題。”

 

更快、更小、更可靠的電源管理

 

從小型手持式消費類(lèi)設備和筆記本電腦到大型數據中心，科技不斷進(jìn)步，電源管理也變的尤為重要——電動(dòng)汽車(chē)也不例外。隨著(zhù)時(shí)間的推移，雖然諸如絕緣柵雙極晶體管和金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管之類(lèi)的較早的功率開(kāi)關(guān)技術(shù)表現良好，但設計人員仍受限于尺寸、散熱、延遲、開(kāi)關(guān)速度等問(wèn)題。

 

所有電源管理都涉及開(kāi)關(guān)——接通和關(guān)斷電流。開(kāi)關(guān)效率低下會(huì )導致功率損耗，這就需要更充足的電源供給和充電時(shí)間來(lái)補償損耗?？焖?、精確的開(kāi)關(guān)技術(shù)可產(chǎn)生更無(wú)縫高效的能量流，進(jìn)而減少系統尺寸，并縮減成本。 

 

Steve稱(chēng)：“GaN快速的開(kāi)關(guān)速度提高了效率，從而減輕了汽車(chē)冷卻的負擔。電源磁性器件的尺寸減小了約60％，GaN的高效降低了系統成本并提高了整體功率密度。最終的成果體現在車(chē)輛的減重以及增加的續駛里程上。這就是GaN基電源管理系統的優(yōu)點(diǎn)。” 

 

混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)工程師能夠通過(guò)GaN實(shí)現比現有解決方案加倍的功率密度、更快的電池充電速度、更穩定可靠的運行以及更高的車(chē)載充電系統效率。 

 

 

Ivo稱(chēng)：“GaN已推出一段時(shí)間了，大家都了解其優(yōu)點(diǎn)。但現在它已從汽車(chē)領(lǐng)域理論轉變?yōu)閷?shí)際應用，十分令人興奮。”

 

TI高度集成的GaN解決方案可優(yōu)化成本和功耗

 

TI GaN的創(chuàng )新遠遠超出了普通開(kāi)關(guān)。它為客戶(hù)提供了能夠創(chuàng )建GaN基車(chē)載充電系統的全套功能，這也將成為混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)向前發(fā)展的重要一步。

 

我們利用汽車(chē)專(zhuān)業(yè)知識將TI 硅基氮化鎵（GaN-on-silicon）FET和快速切換的2.2MHz硅柵極驅動(dòng)器共同封裝。在單個(gè)芯片中集成了開(kāi)關(guān)、控制器和保護技術(shù)，為客戶(hù)提供了一種將所有部件整合在一起的簡(jiǎn)便方法。

 

Steve稱(chēng)：“就像是將大腦和肌肉結合在一起。開(kāi)關(guān)是肌肉，但集成了控制器的TI GaN就像大腦一樣智能，能讓開(kāi)發(fā)人員從我們的解決方案中獲得最高性能。”

 

對GaN進(jìn)行測試

 

由于GaN和其他寬帶隙晶體管在結構和材料上與硅設備有所差異，它們需要專(zhuān)門(mén)定制的測試指南以確保設備的可靠性。測試指南對于增強人們對GaN可靠性的信心以及推進(jìn)其在整個(gè)行業(yè)的應用至關(guān)重要。

 

TI與合作伙伴共同創(chuàng )立了JEDEC的JC-70寬帶隙功率電子轉換半導體委員會(huì )，旨在為工程師提供有效指導，幫助他們創(chuàng )造可靠設計。委員會(huì )近期宣布了專(zhuān)門(mén)針對GaN的新開(kāi)關(guān)指南——JEP180：氮化鎵功率轉換設備的開(kāi)關(guān)可靠性評估程序指南。

 

TI GaN技術(shù)創(chuàng )新架構師Stephanie Watts Butler博士稱(chēng)：“這項新指南為工程師提供了對開(kāi)關(guān)行為的可靠評估，將進(jìn)一步加速GaN在整個(gè)行業(yè)的普及，尤其是在效率、功率密度和可靠性至關(guān)重要的汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)中。”

 

過(guò)去十年中，我們的內部可靠性實(shí)驗室對GaN性能進(jìn)行了超過(guò)4,000萬(wàn)小時(shí)的設備可靠性測試和超過(guò)5GWh的功率轉換應用測試，以確保設備的長(cháng)期可靠性。

 

Steve稱(chēng)：“GaN就像是一款精密的瑞士手表。它可以進(jìn)行非常精確的調整，并且我們知道如何將其調整至最佳性能。我們的測試實(shí)驗室為我們提供了答案。”

 

 

更環(huán)保、更安全、更智能的交通世界

 

汽車(chē)行業(yè)正在見(jiàn)證混動(dòng)/電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(cháng)——同比增長(cháng)近60％。預計到2025年，目前的560萬(wàn)輛汽車(chē)會(huì )增長(cháng)至占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的30%的龐大數量。美國現有的約25,000個(gè)充電站網(wǎng)絡(luò )預計也會(huì )大幅擴張。

 

Steve稱(chēng)：“我們的GaN電源管理技術(shù)為汽車(chē)設計工程師和汽車(chē)制造商提供了一個(gè)大幅減少車(chē)輛充電時(shí)間、增加功率密度、提高成本效率、增加行駛里程和提高可靠性的機會(huì )?；靹?dòng)/電動(dòng)汽車(chē)的應用阻礙將會(huì )減少，人們能夠更加齊心協(xié)力地創(chuàng )造一個(gè)更清潔、更環(huán)保的星球。”

 

我們保持激情，致力于創(chuàng )造一個(gè)更美好的世界

 

為電動(dòng)和混動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電系統開(kāi)發(fā)高度集成的GaN技術(shù)是一個(gè)很好的例子，展現了TI創(chuàng )新者對公司使命愿景——通過(guò)半導體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本，讓世界變得更美好——的踐行。每一代創(chuàng )新都建立在上一代創(chuàng )新的基礎之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，從而開(kāi)拓了新市場(chǎng)并實(shí)現半導體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應用。在TI，我們將其視為工程的進(jìn)步。這正是我們數十年來(lái)乃至現在一直在做的事。  

 

 

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