长安汽车推出首个采用Navitas技术的商用gan OBC

长安汽车推出了据称是全球首款商用氮化镓（GaN）车载充电器（OBC）技术平台，并将其集成到新推出的启远E07电动汽车中。作为中国历史最悠久的汽车制造商之一，比亚迪采用了Navitas Semiconductor的高功率GaN器件，以提高汽车充电系统的功率密度和效率。

基于长安SDA平台，长安启远E07是一款原创电动SUV混合动力皮卡。它运行由三元锂电池驱动的单电机和双电机系统。双电机版本提供598马力（440千瓦），达到210公里/小时，而单电机版本提供343马力（252千瓦）。有关电池容量和续航里程的细节尚不清楚。

该车配备了先进的激光雷达和摄像头，确保了高水平的驾驶员辅助能力。一个突出的特点是它的近地轨道卫星连接，提供持续的互联网接入。

长安声称，基于gan的OBC在充放电效率为96%，功率密度为每升6千瓦。该公司还预测，更高的效率可能会使汽车的寿命行驶里程延长约1万公里。长安还强调了另一个可能降低成本的重要因素。根据该公司的说法，与标准的OBC解决方案相比，该车的用户可以在其使用寿命内享受15-20%的充电成本降低。

图1：长安汽车在屈原E07电动汽车发布会上展示了其全球首个基于gan的OBC，使用了Navitas GaNSafe技术

由于氮化镓技术可以实现更小、更轻、更高效的设计，因此它在电动汽车电力电子领域的应用越来越广泛。相对于传统的硅基组件，氮化镓晶体管的开关损耗降低有助于解释更好的总体系统性能。虽然基于gan的obc已经在开发中，但长安的商业集成标志着汽车行业的一个转折点。

这一变化符合更普遍的行业趋势，即电动汽车的功率转换系统更小，效率更高。随着制造商试图最大化能源使用和充电基础设施，GaN技术预计将在下一代电动汽车设计中变得更加重要（图1和2）。

图2：使用Navitas高功率GaNSafe的长汉gan基OBC实现6kW/L，充电效率和DC-DC效率均为96%

Navitas技术

尽管GaN fet具有相当脆弱的栅极，但在同一封装中集成最佳栅极驱动器有助于减少这种脆弱性。GaN ic确保适当的栅极控制，防止损坏并提高可靠性。

Navitas的GaNSafe电源ic体现了这一战略，因为它们在高温和长时间运行的具有挑战性的电动汽车环境中提供了强大的性能。这些第四代基于GaN的ic具有连续650 V工作能力，可承受800 V峰值，具有栅极驱动控制（具有零栅极源环路电感），传感和关键保护功能，可提供业界最安全的GaN功率器件。

GaNSafe允许修改dV/dt的开启和关闭速度，以简化EMI合规性。内置安全元件包括超高速短路保护（在50 ns内），2 MHz开关和2 kV ESD保护，这些都是分立GaN晶体管所没有的。

采用TOLL (RDS(on))= 35-98 mΩ)和TOLT （RDS(on) = 25-98 mΩ）封装，可提供良好的热性能。采用顶部冷却，TOLT封装暴露排水孔以最大限度地散热，因此支持大电流使用并简化热管理（图3）。

图3:GaNSafe技术（来源：Navitas）

电动汽车的氮化镓：提高效率和续航里程

作为电动汽车（ev）的主要宽带隙半导体材料，氮化镓（GaN）比传统的硅基电力电子产品具有更好的效率、功率密度和热稳定性。这些优点有助于降低系统重量，提高总体性能，并延长EV范围。对于重要的电动汽车应用，如车载充电器（OBCs）、高压到低压（hv到- LV） DC/DC转换器和动力总成集成，GaN能够在更高的开关频率下运行，功耗更低，因此非常适合。GaN可以在obc中实现更高的效率和功率密度，从而降低尺寸和充电时间。GaN驱动低能量损耗、紧凑、高性能的高压-低压DC/DC转换器解决方案。

虽然SiC在牵引逆变器（800V系统）等高功率应用中占主导地位，但GaN在中等功率汽车应用中具有有效的竞争力，特别是在48V-400V系统中。GaN-on-Si技术目前被广泛采用，行业从6英寸晶圆过渡到8英寸晶圆，以提高生产的可扩展性。然而，晶圆弯曲和8英寸晶圆上的外延缺陷等挑战需要解决。

电动汽车发展的一个大趋势是基于氮化镓的动力总成系统的集成，通过消除重复的硬件来减轻重量并提高效率。GaN具有高速开关、零反向恢复和超过100 V/ns开关速度的可能性，适用于图腾杆PFC、CLLC和LLC谐振DC/DC转换器。随着汽车GaN技术的发展，规模经济的增长和全面的可靠性测试将有助于推动更多的接受度。

OBCs在电动汽车充电和普及中的作用

电动汽车的充电时间不仅取决于路边充电设施，还取决于车载充电器（OBC）的能力。宽带隙（WBG）材料的进步大大提高了充电速度，路边充电器从低速1级（3.3 kW）发展到超高速直流充电器（高达350 kW）。高压架构（MCS标准中高达1,250 V - Mega Charging Systems）需要额定功率为2300 V的电源器件，碳化硅（SiC）成为关键推动者。

然而，高效充电也依赖于OBC，它将交流电转换为高压直流电以供电池存储。虽然800 V的电池系统需要1200 V的SiC器件，但氮化镓（GaN）非常适合高达650 V的系统中的obc。Navitas等公司正在推进基于gan的OBC技术，该技术具有单片集成的驱动和控制功能，可以提高效率并减少组件数量。

尽管电动汽车的接受速度很快，但扩大充电基础设施仍然存在困难。研究表明，“充电焦虑”，而不是续航里程限制，降低了消费者的信心。如果电动汽车想要成为主流，就必须在充电时间为20分钟的情况下行驶350英里，因此强调需要不断改进OBC和路边充电技术。

本文编译自power electronics news.