英飛凌OBC產品戰略路線：明年大規模轉向SiC，GaN要到2025年后

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）車載充電機OBC在新能源汽車上往往承載著慢充的需求，將交流充電樁輸入的交流電轉換成可以直接為動力電池充電的直流電。不過，隨著大功率直流快充的逐漸普及，交流慢充由于需要額外增加OBC模塊，增加車身重量、占用車內空間的同時，還提高了成本，因此近幾年已經開始有一些車企取消電動汽車上的OBC以及交流慢充口的配置。

最近在IEDM 2023（ IEEE國際電子器件會議）上，英飛凌公布了其OBC產品的戰略路線，推動第三代半導體在OBC上的應用。

采用SiC和GaN，提高OBC模塊功率密度

英飛凌強調，在很多應用中，未來高效的功率半導體技術需求將會急劇增加。具體來說，這些需求將會在電動汽車、數據中心、電池驅動的非高峰電源等應用中凸顯，以SiC和GaN為代表的功率半導體應用將會加速推進。

SiC和GaN作為第三代半導體材料，基于這兩種材料所制造的功率器件，開關損耗大幅減少，在高壓和大功率應用中相比硅基的功率器件有一定優勢。近年電動汽車的市場滲透率進入快速增長期，SiC功率器件的應用也隨著800V平臺逐步推廣而越來越多。以電動汽車中的主驅逆變器為例，英飛凌展出了使用SiC功率半導體和硅基功率半導體的情況，在WLTP標準行駛條件下，應用了SiC功率半導體的主驅逆變器，能夠增加10%~12%的行駛距離。

英飛凌給出了一個邏輯：雖然SiC要比硅基IGBT更貴，但在同樣的續航里程下，使用硅基IGBT需要配備更大容量的電池包。那么從系統的角度來看，SiC即使是價格更高，但也能夠一定程度上降低系統成本。

而按照英飛凌的OBC技術路線圖，2020年OBC的功率密度約是2kW/L，主要采用硅基功率半導體；到2024年將會大規模轉向SiC，功率密度提升至4kW/L；到2025年后，才會推進GaN進入OBC，屆時功率密度將會提高至6kW/L以上。

OBC已經大量采用SiC，GaN落地正在加速

實際上，OBC上應用SiC要比我們想象的更加早。早在2018年，比亞迪就在旗下車型中搭載了采用SiC MOSFET的OBC、DC/DC等部件，目前來看，特斯拉、現代、捷豹路虎、lucid等海外車企也已經在OBC上大規模使用SiC，同時目前多家第三方供應商也推出了SiC OBC，并在多款車型上實現落地應用。

另一方面，目前多家大廠也正在努力推動GaN進入到OBC中。但GaN要進入到電動汽車主驅等關鍵動力系統中并不容易，前面提到主機廠在主驅、OBC上應用GaN產品的意愿不太強烈，其中原因大概有兩點：

一是在性能上，汽車主驅或者OBC等高壓應用中GaN的性能相比碳化硅是有差距的，而成本上GaN又不及硅基器件，車企從性能和成本兩個方面都沒有太大的驅動力去使用GaN；二是GaN沒有在新能源汽車高壓電路中大規模應用的案例，車企往往不愿意冒這個風險，特別是在涉及到汽車運行安全的主驅中。

不過，隨著GaN在消費領域的體量增加，成本逐步接近硅基功率器件，那么接下來在汽車領域，采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類的車規硅基功率器件。

今年以來，包括英諾賽科、GaN Systems（已被英飛凌收購）、意法半導體、安世半導體等企業都在OBC應用上有所進展。

比如英諾賽科推出了全氮化鎵OBC解決方案；安世半導體預計GaN量產產品會在2024-2025年應用到400V平臺電動汽車上；意法半導體推出新款的車規GaN器件，其中還包括更大功率的封裝形式，包括PowerFLAT 8x8 DSC和LFPAK 12x12大功率封裝，有望能在電動汽車高壓系統中應用。

小結：

隨著對OBC小體積、低重量的要求不斷提高，OBC的方案從IGBT過渡至SiC和GaN只是時間問題。不過關于OBC是否需要保留，未來依然是值得討論的問題。