電動汽車電源轉(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)換為為電機供電的三相交流電

讓我們仔細看看這些組件中的每一個。

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

電機能量損失的最大原因是渦流，或由變化的磁場在導(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)量以進一步降低損耗來解決這兩個問題。

不斷發(fā)展的應(yīng)用需要新的解決方案

真正改善電動汽車的續(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)。為了滿足不斷增長的市場需求，電動汽車制造商正在尋求利用最新的技術(shù)創(chuàng)新來推動汽車設(shè)計。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)以及充分利用車輛電池的新電機設(shè)計。在過去幾十年里推動消費電子和工業(yè)電子產(chǎn)品爆炸式增長的硅基電源技術(shù)已不足以滿足當今的先進需求?，F(xiàn)代電動汽車需要更先進的功率半導(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展、可軟件配置的電源平臺構(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 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)證明自己是電動汽車和其他應(yīng)用的選擇，具有以下優(yōu)勢：

· 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)損耗并實現(xiàn)高開關(guān)頻率

垂直 GaN 電源非常適合電動汽車中的高壓電力電子設(shè)備，可通過減少電感器和電容器等無源元件來降低成本。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)符合其獨特規(guī)格的 EV 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這些系統(tǒng)具有可擴展性和軟件可配置性，因此可以通過使用相同的核心架構(gòu)來調(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 器件的最先進的電源系統(tǒng)，您可以在所有三個主要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)改進：范圍、性能和成本。電動汽車中的電力電子設(shè)備將顯著提高效率，并為消費者提供他們想要的駕駛體驗。

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會。

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，這相當于一年的能源消耗 4,050 千瓦時。預(yù)計從 2025 年到 2030 年，預(yù)計將售出 1.5 億輛電動汽車。假設(shè)汽車的典型保有期為 11 年，這些新車的用電量估計約為 6.6 萬億千瓦時。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 億千瓦時的能源。這相當于美國三分之一國家森林的碳封存量——或超過紐約市每年的能源消耗量。