【導(dǎo)讀】當(dāng)我們?yōu)殡妱?dòng)汽車（EV）電源管理技術(shù)發(fā)明更高效的集成電路，我們的客戶就可以設(shè)計(jì)出更高效、更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車，進(jìn)而減少廢氣排放，保護(hù)環(huán)境。
許多駕駛員因里程焦慮、擔(dān)心找不到可以長時(shí)間停車的充電站而猶豫是否購買電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車。
但電源管理方面的創(chuàng)新正在解決他們的猶豫。
與傳統(tǒng)硅基充電技術(shù)的汽車系統(tǒng)相比，結(jié)合了最新TI GaN電源管理技術(shù)的電動(dòng)和混動(dòng)汽車（HEV）充電速度更快，行駛距離更遠(yuǎn)。讓汽車制造商更廣泛地普及電動(dòng)/混動(dòng)汽車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：“我們的客戶正在尋找在不大幅增加車輛重量或成本的前提下增加功率的方法。TI高度集成的GaN解決方案使汽車設(shè)計(jì)師能夠開發(fā)出更可靠、更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、更高效的充電系統(tǒng)。這是從根本上革新充電系統(tǒng)。”
可靠的電源管理技術(shù)
GaN是一種用途廣泛的半導(dǎo)體材料，可承受高溫和高壓。這一點(diǎn)是諸如發(fā)光二極管、太陽能逆變器和可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)等功率管理應(yīng)用的關(guān)鍵考量因素。在過去十年中，TI GaN已為各類通信和工業(yè)設(shè)計(jì)有效供電，每款新產(chǎn)品都達(dá)到了新的功率密度和效率水平。
目前，TI憑借首款汽車級(jí)產(chǎn)品為車載充電系統(tǒng)供電，將GaN的優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)給汽車市場(chǎng)。
對(duì)于混動(dòng)/電動(dòng)汽車，TI GaN為制造商提供了優(yōu)于傳統(tǒng)硅或新碳化硅(SiC)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)技術(shù)在充電過程中會(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(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)功率輸出和功率密度的翻倍，設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)一步優(yōu)化車載充電體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
GaN能讓汽車設(shè)計(jì)人員開發(fā)出更可靠、更經(jīng)濟(jì)、能量使用效率更高的系統(tǒng)。這是一次改變傳統(tǒng)規(guī)則的革新。--- Steven LambousesTI高壓電源解決方案副總裁
TI電動(dòng)汽車/ HEV電池汽車產(chǎn)品業(yè)務(wù)開發(fā)和功能安全總監(jiān)Ivo Marocco稱：“高效的電源管理后續(xù)需要關(guān)注三件事。首先，需要精確充電。其次，電池系統(tǒng)需要更高的安全性。第三，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性是關(guān)鍵。鋰電池占到汽車成本的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題。”
更快、更小、更可靠的電源管理
從小型手持式消費(fèi)類設(shè)備和筆記本電腦到大型數(shù)據(jù)中心，科技不斷進(jìn)步，電源管理也變的尤為重要——電動(dòng)汽車也不例外。隨著時(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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管之類的較早的功率開關(guān)技術(shù)表現(xiàn)良好，但設(shè)計(jì)人員仍受限于尺寸、散熱、延遲、開關(guān)速度等問題。
所有電源管理都涉及開關(guān)——接通和關(guān)斷電流。開關(guān)效率低下會(huì)導(dǎo)致功率損耗，這就需要更充足的電源供給和充電時(shí)間來補(bǔ)償損耗。快速、精確的開關(guān)技術(shù)可產(chǎn)生更無縫高效的能量流，進(jìn)而減少系統(tǒng)尺寸，并縮減成本。
Steve稱：“GaN快速的開關(guān)速度提高了效率，從而減輕了汽車?yán)鋮s的負(fù)擔(dān)。電源磁性器件的尺寸減小了約60％，GaN的高效降低了系統(tǒng)成本并提高了整體功率密度。最終的成果體現(xiàn)在車輛的減重以及增加的續(xù)駛里程上。這就是GaN基電源管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。”
混動(dòng)/電動(dòng)汽車工程師能夠通過GaN實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有解決方案加倍的功率密度、更快的電池充電速度、更穩(wěn)定可靠的運(yùn)行以及更高的車載充電系統(tǒng)效率。
Ivo稱：“GaN已推出一段時(shí)間了，大家都了解其優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)在它已從汽車領(lǐng)域理論轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出了普通開關(guān)。它為客戶提供了能夠創(chuàng)建GaN基車載充電系統(tǒng)的全套功能，這也將成為混動(dòng)/電動(dòng)汽車市場(chǎng)向前發(fā)展的重要一步。
我們利用汽車專業(yè)知識(shí)將TI 硅基氮化鎵（GaN-on-silicon）FET和快速切換的2.2MHz硅柵極驅(qū)動(dòng)器共同封裝。在單個(gè)芯片中集成了開關(guān)、控制器和保護(hù)技術(shù)，為客戶提供了一種將所有部件整合在一起的簡(jiǎn)便方法。
Steve稱：“就像是將大腦和肌肉結(jié)合在一起。開關(guān)是肌肉，但集成了控制器的TI GaN就像大腦一樣智能，能讓開發(fā)人員從我們的解決方案中獲得最高性能。”
對(duì)GaN進(jìn)行測(cè)試
由于GaN和其他寬帶隙晶體管在結(jié)構(gòu)和材料上與硅設(shè)備有所差異，它們需要專門定制的測(cè)試指南以確保設(shè)備的可靠性。測(cè)試指南對(duì)于增強(qiáng)人們對(duì)GaN可靠性的信心以及推進(jìn)其在整個(gè)行業(yè)的應(yīng)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(zhuǎn)換半導(dǎo)體委員會(huì)，旨在為工程師提供有效指導(dǎo)，幫助他們創(chuàng)造可靠設(shè)計(jì)。委員會(huì)近期宣布了專門針對(duì)GaN的新開關(guān)指南——JEP180：氮化鎵功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的開關(guān)可靠性評(píng)估程序指南。
TI GaN技術(shù)創(chuàng)新架構(gòu)師Stephanie Watts Butler博士稱：“這項(xiàng)新指南為工程師提供了對(duì)開關(guān)行為的可靠評(píng)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)重要的汽車和工業(yè)市場(chǎng)中。”
過去十年中，我們的內(nèi)部可靠性實(shí)驗(yàn)室對(duì)GaN性能進(jìn)行了超過4,000萬小時(shí)的設(shè)備可靠性測(cè)試和超過5GWh的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用測(cè)試，以確保設(shè)備的長期可靠性。
Steve稱：“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(diào)整，并且我們知道如何將其調(diào)整至最佳性能。我們的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室為我們提供了答案。”
更環(huán)保、更安全、更智能的交通世界
汽車行業(yè)正在見證混動(dòng)/電動(dòng)汽車銷量的快速增長——同比增長近60％。預(yù)計(jì)到2025年，目前的560萬輛汽車會(huì)增長至占全球汽車銷量的30%的龐大數(shù)量。美國現(xiàn)有的約25,000個(gè)充電站網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)也會(huì)大幅擴(kuò)張。
Steve稱：“我們的GaN電源管理技術(shù)為汽車設(shè)計(jì)工程師和汽車制造商提供了一個(gè)大幅減少車輛充電時(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(jī)會(huì)。混動(dòng)/電動(dòng)汽車的應(yīng)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)汽車的車載充電系統(tǒng)開發(fā)高度集成的GaN技術(shù)是一個(gè)很好的例子，展現(xiàn)了TI創(chuàng)新者對(duì)公司使命愿景——通過半導(dǎo)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(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，從而開拓了新市場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在TI，我們將其視為工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。
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