OBC和EVC的功率元件選擇-onsemi的方案

OBC和EVC功率元件選擇的重要性

隨著電動車（EV）市場的快速成長，車載充電器（On-Board Charger, OBC）和外部充電器（External Vehicle Charger, EVC）作為核心元件，其性能直接影響到車輛的充電效率、續航能力以及整體使用者體驗。功率元件是OBC和EVC的核心部件，負責實現電能的高效轉換與管理，因此其選擇成為系統設計中的關鍵環節。功率元件的選擇不僅決定了系統的能量轉換效率，還影響設備的體積、重量、散熱性能以及成本控制。

onsemi作為全球領先的半導體解決方案供應商，憑藉其在功率半導體領域的深厚累積，提供了多種針對OBC和EVC優化的功率元件方案。這些方案涵蓋了從矽基MOSFET到碳化矽（SiC）等新型材料的技術應用，為設計者提供了靈活且高效的選擇。本文將深入探討OBC和EVC中功率元件的關鍵作用，並重點分析onsemi在這一領域的技術優勢及其對產業發展的推動意義。

OBC 的方框圖 圖 1

功率元件在OBC和EVC中的核心作用

1. 功率元件的基本功能

功率元件在OBC和EVC中承擔著電能轉換的核心任務。它們透過開關操作實現直流（DC）與交流（AC）之間的轉換，同時調節電壓和電流以滿足電池充電需求。具體而言：

OBC：將電網提供的交流電轉換為適合車載電池充電的直流電，同時具備雙向能量流動能力（如支援V2G技術）。

EVC：作為外部充電設備，將交流電高效地轉換為高壓直流電，直接為電動車快速充電。

功率元件的性能直接影響到電能轉換的效率和系統的可靠性。例如，低導通電阻和高開關頻率的功率元件可以顯著降低能量損耗，從而提升充電效率並減少熱量產生。

2. 功率元件對系統性能的影響

效率提升：功率元件的選擇直接影響系統的能量轉換效率。例如，採用先進的碳化矽（SiC）功率元件，相較於傳統矽基元件，能夠實現更高的開關頻率和更低的能量損耗，從而提升整體效率。

熱管理優化：功率元件在運作過程中會產生熱量，其熱特性直接影響系統的散熱設計。高性能功率元件能夠減少熱量產生，從而簡化散熱系統的設計，降低系統的複雜性和成本。

體積與重量優化：功率元件的開關頻率越高，所需的磁性元件（如變壓器和電感）尺寸越小。這使得OBC和EVC的體積和重量得以大幅縮減，符合電動車輕量化和小型化的發展趨勢。

成本控制：雖然高性能功率元件的單件成本可能較高，但其帶來的效率提升和系統簡化可以降低整體系統的總擁有成本（TCO），從而實現更佳的經濟效益。

綜上所述，功率元件不僅是OBC和EVC的核心組件，更是決定系統性能的關鍵因素。合理選擇功率元件，能夠在效率、可靠性、成本和體積等方面實現全面優化。

onsemi 的功率元件方案及其技術優勢

1. 產品線概述

onsemi為OBC和EVC提供了豐富的功率元件產品線，包括矽基MOSFET、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）以及碳化矽（SiC）MOSFET等。這些產品涵蓋了從低壓到高壓的廣泛應用場景，滿足不同功率等級的需求。

矽基MOSFET：適用於中低功率場景，具有成熟的技術基礎和較低的成本。onsemi的矽基MOSFET產品以其低導通電阻和高可靠性著稱，廣泛應用於中小型OBC和家用EVC。

IGBT：在中高功率場景中表現出色，特別是在需要處理大電流的應用中。onsemi 的 IGBT 產品結合了高效率和良好的熱管理性能，適用於商用 EVC 和部分高端 OBC。

碳化矽（SiC）MOSFET：代表了功率元件的未來發展方向。SiC材料具有更高的能隙和擊穿電場，使其在高頻、高溫和高功率密度應用中表現出色。onsemi的SiC MOSFET產品在效率、開關速度和熱穩定性方面均處於業界領先地位。

2. 技術優勢分析

效率提升：onsemi 的 SiC MOSFET 在開關頻率和導通損耗方面表現尤為突出。例如，在 800V 高壓平台下，SiC 器件能夠實現超過 98% 的轉換效率，顯著高於傳統矽基器件。

熱管理優化：onsemi 的功率元件採用了先進的封裝技術，例如 TO-Leadless（TOLL）封裝和直接接合銅（DBC）基板，有效降低了熱阻，而 BPAK 封裝則進一步提升了散熱性能。

系統整合：onsemi 提供完整的功率模組解決方案，將多個功率元件整合在一個模組中，簡化了系統設計並提升了可靠性。例如，其 VE-Trac™ 系列專為電動車應用設計，整合了 SiC MOSFET 和驅動電路，可直接應用於 OBC 和 EVC。

成本競爭力：儘管SiC元件的初始成本較高，但onsemi透過規模化生產和技術創新不斷降低成本。此外，其產品的高效率和長壽命也降低了系統的維護成本。

3. 實際應用案例

特斯拉Model 3：特斯拉在其OBC中採用了onsemi的SiC MOSFET，顯著提升了充電效率並實現了系統小型化。

ABB Terra系列充電樁：ABB在其商用EVC中使用了onsemi的IGBT模組，確保了在高功率條件下的穩定運行。                              應用電路圖 圖4

創新觀點：功率元件選擇的未來趨勢

隨著電動車市場的不斷發展，OBC和EVC的功率元件選擇呈現出以下趨勢：

碳化矽的普及：SiC元件因其卓越的性能，正在逐步取代傳統的矽基元件。預計在未來五年內，SiC元件的市場佔有率將顯著增長，特別是在800V高壓平台上的應用。

智慧化與數位化：未來的功率元件將更加智慧化，整合更多的感測與通訊功能，實現對系統狀態的即時監控與優化。

永續性考量：隨著環保意識的提升，功率元件的製造過程也將更加注重永續性，包括減少材料浪費和降低碳排放。

安森美產品計劃 圖5

結論與展望

功率元件作為OBC和EVC的核心組件，其選擇對系統性能具有決定性影響。onsemi憑藉其豐富的產品線和領先的技術優勢，為業界提供了極具競爭力的解決方案。無論是矽基MOSFET、IGBT還是SiC MOSFET，onsemi的產品均在效率、可靠性和成本控制方面表現出色。

展望未來，隨著電動車市場的持續擴張和技術的進步，功率元件的選擇將更加多樣化和智能化。onsemi在這一領域的持續創新，不僅推動了行業技術的發展，也為電動車的普及和永續發展做出了重要貢獻。