雖然氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體在汽車(chē)應(yīng)用中仍處于早期階段，它正迅速進(jìn)入更高電壓領(lǐng)域。考慮到其高功率密度和效率，氮化鎵技術(shù)正逐漸在汽車(chē)工業(yè)中獲得吸引力。適用于低壓和高壓應(yīng)用，它能應(yīng)用于各種汽車(chē)系統(tǒng)。GaN有潛力大幅提高整體效率，我們預(yù)計(jì)，它會(huì)對(duì)汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)生顯著影響。

IDTechEx公司的研究人員Luke Gear和James Edmondson在最近的一份關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)電力電子設(shè)備的報(bào)告中預(yù)測(cè)：“未來(lái)10年內(nèi)，EV功率電子設(shè)備的需求將激增，主要由電池電動(dòng)汽車(chē)（BEV）市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)推動(dòng)，預(yù)計(jì)在未來(lái)十年內(nèi)，總體復(fù)合年增長(zhǎng)率為15%。”報(bào)告指出，由于寬禁帶（WBG）功率電子設(shè)備的高壓時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，驅(qū)動(dòng)器的效率必須成為動(dòng)力總成設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。

氮化鎵更有潛力

對(duì)于任何新技術(shù)，往往會(huì)有許多人沒(méi)有充分了解。比如，IDTechEx公司的Gear說(shuō)：“有一個(gè)誤解是，人們認(rèn)為只有碳化硅是適合高壓或功率應(yīng)用的WBG材料。然而，從理論上講，氮化鎵具有更大的潛力，盡管通常只被視為用于電信或光電子學(xué)。事實(shí)上，氮化鎵的熱導(dǎo)率是硅的兩倍，幾乎每一個(gè)度量都超過(guò)了碳化硅，從電子移動(dòng)性、效率到擊穿電壓和效率，這些對(duì)電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)非常重要。”

氮化鎵在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用

然而硅并未過(guò)時(shí)，而GaN和硅碳化物（SiC）也并非未來(lái)電力的唯一主角。應(yīng)用規(guī)格將繼續(xù)決定所使用的半導(dǎo)體材料，硅的價(jià)格和可靠性將繼續(xù)適用于從15V到650V的器件。但氮化鎵是硅在低功率應(yīng)用中唯一可行的WBG替代材料，將會(huì)有更多的氮化鎵器件被推出，帶來(lái)效率的提升。

在與電動(dòng)車(chē)動(dòng)力續(xù)航無(wú)直接聯(lián)系的設(shè)備，如：電源適配器（OBCs）和DC-DC轉(zhuǎn)換器，都在低功率1-22kW之間運(yùn)行。雖然它們?cè)谲?chē)輛行駛過(guò)程中并不直接貢獻(xiàn)動(dòng)力，但GaN等WBG解決方案可以有效提高總體功率密度和效率，并快速給電池充電。

接下來(lái)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2x）所有接口有可能將電動(dòng)車(chē)電力帶給家庭和其他車(chē)輛。Navitas的EV設(shè)計(jì)中心平臺(tái)包括一個(gè)6.6kW的“三合一”設(shè)計(jì)，將雙向OBC和DC-DC功能合并，實(shí)現(xiàn)了能源節(jié)約的17%和功率密度提升1.6倍。

氮化鎵面臨的問(wèn)題

GaN面臨的主要挑戰(zhàn)包括成本、標(biāo)準(zhǔn)化、供應(yīng)鏈以及新技術(shù)的特性。ST的代表們指出，盡管他們對(duì)長(zhǎng)期前景感到樂(lè)觀，但GaN仍然面臨著廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的挑戰(zhàn)。ST還指出集成問(wèn)題和與熱管理和電壓尖峰有關(guān)的可靠性等待驗(yàn)證。

總的來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)工程師對(duì)這些優(yōu)點(diǎn)愈發(fā)了解，但同時(shí)，創(chuàng)建高效可靠的電動(dòng)車(chē)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)也不少。然而，關(guān)于GaN的理解卻存在許多誤解。

這是WBG技術(shù)尤其是電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的公司所堅(jiān)持的一致信息。雖然可能在產(chǎn)品推出階段還很早，但在規(guī)劃，準(zhǔn)備和進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域方面卻并不早。如果你想在GaN領(lǐng)域保持相關(guān)性，那么最好早做準(zhǔn)備。