電動(dòng)汽車電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)部

顯著提高范圍、性能和成本基本上歸結(jié)為功率器件的局限性。下面說(shuō)明了 EV 和主要電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組件的基本操作。本次討論最重要的部分是：

· 車載充電器，允許連接到外部 AC/DC 充電站

· DC/DC 轉(zhuǎn)換器，將高壓電池直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，用于內(nèi)部電子設(shè)備

· 主逆變器，將高壓電池直流電轉(zhuǎn)換為為電機(jī)供電的三相交流電

讓我們仔細(xì)看看這些組件中的每一個(gè)。

主逆變器是電動(dòng)汽車電力電子系統(tǒng)的核心。事實(shí)上，牽引逆變器動(dòng)力總成對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、性能和成本影響最大：動(dòng)力總成效率越高，續(xù)航里程、性能和成本就越好。動(dòng)力總成效率是逆變器和電機(jī)效率的組合。提高逆變器和電機(jī)效率可以顯著降低電機(jī)損耗。

電機(jī)能量損失的最大原因是渦流，或由變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體中形成的電流回路，以及不完美的正弦波交流輸入。更高的開關(guān)頻率可以通過(guò)減少由高次諧波引起的渦流損耗和提高正弦波輸入的質(zhì)量以進(jìn)一步降低損耗來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。

不斷發(fā)展的應(yīng)用需要新的解決方案

真正改善電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、性能和成本將需要一種新型的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。為了滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，電動(dòng)汽車制造商正在尋求利用最新的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)推動(dòng)汽車設(shè)計(jì)。其中包括更高電壓的 800-/900-V 電池、提高車輛穩(wěn)健性的新要求(例如短路保護(hù))以及充分利用車輛電池的新電機(jī)設(shè)計(jì)。在過(guò)去幾十年里推動(dòng)消費(fèi)電子和工業(yè)電子產(chǎn)品爆炸式增長(zhǎng)的硅基電源技術(shù)已不足以滿足當(dāng)今的先進(jìn)需求?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車需要更先進(jìn)的功率半導(dǎo)體技術(shù)。

NexGen Power Systems：重塑電力電子

NexGen 是一家電力電子領(lǐng)域的垂直整合公司，在基于 Vertical GaN 技術(shù)的功率半導(dǎo)體方面取得了根本性突破，這使該公司能夠基于其可擴(kuò)展、可軟件配置的電源平臺(tái)構(gòu)建下一代電源系統(tǒng)。

這一切都始于氮化鎵，在制造半導(dǎo)體方面，它本質(zhì)上優(yōu)于硅和碳化硅。NexGen 的 Vertical GaN 半導(dǎo)體是世界上第一個(gè) GaN-on-GaN 解決方案。它們比基于硅的系統(tǒng)小 95%，并提供：

· 低開關(guān)損耗

· 高開關(guān)頻率

· 高能量密度

NexGen Vertical GaN 器件已經(jīng)證明自己是電動(dòng)汽車和其他應(yīng)用的選擇，具有以下優(yōu)勢(shì)：

· 與任何其他 GaN 器件相比，在給定芯片面積上具有出色的擊穿電壓和電流能力

· 唯一可提供 1.2 kV 及以上擊穿電壓的 GaN 技術(shù)

· 由于 NexGen 的 eMode 器件技術(shù)的控制原理，沒有動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻

· 降低 GaN-on-GaN 同質(zhì)外延層中的缺陷密度

· 顯著降低輸出電容，從而顯著降低開關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)高開關(guān)頻率

垂直 GaN 電源非常適合電動(dòng)汽車中的高壓電力電子設(shè)備，可通過(guò)減少電感器和電容器等無(wú)源元件來(lái)降低成本。由此產(chǎn)生的電源系統(tǒng)不僅更輕更小，而且更堅(jiān)固、更高效，使其成為具有尺寸和空間限制以及尖端效率和穩(wěn)健性要求的應(yīng)用的理想選擇。

NexGen 工程師正在與汽車制造商合作，開發(fā)符合其獨(dú)特規(guī)格的 EV 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這些系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和軟件可配置性，因此可以通過(guò)使用相同的核心架構(gòu)來(lái)調(diào)整它們以解決汽車中的各種功率水平。該公司還為電動(dòng)汽車制造商提供垂直 GaN 晶體管，他們可以將其放入專有的逆變器中。

借助基于 EV 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和逆變器中創(chuàng)新的 Vertical GaN 器件的最先進(jìn)的電源系統(tǒng)，您可以在所有三個(gè)主要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)：范圍、性能和成本。電動(dòng)汽車中的電力電子設(shè)備將顯著提高效率，并為消費(fèi)者提供他們想要的駕駛體驗(yàn)。

產(chǎn)生全球影響

整體效率的提高也為產(chǎn)生更大的全球影響提供了重要機(jī)會(huì)。

平均 EV 需要 30 kWh 才能行駛 100英里。假設(shè)一輛典型的汽車一年平均行駛 13,500 英里，這相當(dāng)于一年的能源消耗 4,050 千瓦時(shí)。預(yù)計(jì)從 2025 年到 2030 年，預(yù)計(jì)將售出 1.5 億輛電動(dòng)汽車。假設(shè)汽車的典型保有期為 11 年，這些新車的用電量估計(jì)約為 6.6 萬(wàn)億千瓦時(shí)。這些汽車的整體 EV 電力電子設(shè)備效率提高 1%，可節(jié)省 660 億千瓦時(shí)的能源。這相當(dāng)于美國(guó)三分之一國(guó)家森林的碳封存量——或超過(guò)紐約市每年的能源消耗量。