氮化镓在低功率电动车中的应用

虽然氮化镓（GaN）半导体在汽车应用中仍处于早期阶段，它正迅速进入更高电压领域。考虑到其高功率密度和效率，氮化镓技术正逐渐在汽车工业中获得吸引力。适用于低压和高压应用，它能应用于各种汽车系统。GaN有潜力大幅提高整体效率，我们预计，它会对汽车工业产生显著影响。

 

IDTechEx公司的研究人员Luke Gear和James Edmondson在最近的一份关于电动汽车电力电子设备的报告中预测：“未来10年内，EV功率电子设备的需求将激增，主要由电池电动汽车（BEV）市场的快速增长推动，预计在未来十年内，总体复合年增长率为15%。”报告指出，由于宽禁带（WBG）功率电子设备的高压时代已经来临，驱动器的效率必须成为动力总成设计的首要任务。

 

氮化镓更有潜力

 

对于任何新技术，往往会有许多人没有充分了解。比如，IDTechEx公司的Gear说：“有一个误解是，人们认为只有碳化硅是适合高压或功率应用的WBG材料。然而，从理论上讲，氮化镓具有更大的潜力，尽管通常只被视为用于电信或光电子学。事实上，氮化镓的热导率是硅的两倍，几乎每一个度量都超过了碳化硅，从电子移动性、效率到击穿电压和效率，这些对电动汽车来说非常重要。”

 

氮化镓在电动汽车中的应用

 

然而硅并未过时，而GaN和硅碳化物（SiC）也并非未来电力的唯一主角。应用规格将继续决定所使用的半导体材料，硅的价格和可靠性将继续适用于从15V到650V的器件。但氮化镓是硅在低功率应用中唯一可行的WBG替代材料，将会有更多的氮化镓器件被推出，带来效率的提升。

 

在与电动车动力续航无直接联系的设备，如：电源适配器（OBCs）和DC-DC转换器，都在低功率1-22kW之间运行。虽然它们在车辆行驶过程中并不直接贡献动力，但GaN等WBG解决方案可以有效提高总体功率密度和效率，并快速给电池充电。

 

接下来，车联网（V2x）所有接口有可能将电动车电力带给家庭和其他车辆。Navitas的EV设计中心平台包括一个6.6kW的“三合一”设计，将双向OBC和DC-DC功能合并，实现了能源节约的17%和功率密度提升1.6倍。

 

氮化镓面临的问题

 

GaN面临的主要挑战包括成本、标准化、供应链以及新技术的特性。ST的代表们指出，尽管他们对长期前景感到乐观，但GaN仍然面临着广泛应用于电动汽车的挑战。ST还指出集成问题和与热管理和电压尖峰有关的可靠性等待验证。

 

总的来说，设计工程师对这些优点愈发了解，但同时，创建高效可靠的电动车系统面临的挑战也不少。然而，关于GaN的理解却存在许多误解。

 

这是WBG技术尤其是电动车领域的公司所坚持的一致信息。虽然可能在产品推出阶段还很早，但在规划，准备和进入这个领域方面却并不早。如果你想在GaN领域保持相关性，那么最好早做准备。