車(chē)載充電機(jī)OBC在新能源汽車(chē)上往往承載著慢充的需求，將交流充電樁輸入的交流電轉(zhuǎn)換成可以直接為動(dòng)力電池充電的直流電。不過(guò)，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(chē)身重量、占用車(chē)內(nèi)空間的同時(shí)，還提高了成本，因此近幾年已經(jīng)開(kāi)始有一些車(chē)企取消電動(dòng)汽車(chē)上的OBC以及交流慢充口的配置。
最近在IEDM 2023（ IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議）上，英飛凌公布了其OBC產(chǎn)品的戰(zhàn)略路線，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體在OBC上的應(yīng)用。
采用SiC和GaN，提高OBC模塊功率密度
英飛凌強(qiáng)調(diào)，在很多應(yīng)用中，未來(lái)高效的功率半導(dǎo)體技術(shù)需求將會(huì)急劇增加。具體來(lái)說(shuō)，這些需求將會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)、數(shù)據(jù)中心、電池驅(qū)動(dòng)的非高峰電源等應(yīng)用中凸顯，以SiC和GaN為代表的功率半導(dǎo)體應(yīng)用將會(huì)加速推進(jìn)。
SiC和GaN作為第三代半導(dǎo)體材料，基于這兩種材料所制造的功率器件，開(kāi)關(guān)損耗大幅減少，在高壓和大功率應(yīng)用中相比硅基的功率器件有一定優(yōu)勢(shì)。近年電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)滲透率進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，SiC功率器件的應(yīng)用也隨著800V平臺(tái)逐步推廣而越來(lái)越多。以電動(dòng)汽車(chē)中的主驅(qū)逆變器為例，英飛凌展出了使用SiC功率半導(dǎo)體和硅基功率半導(dǎo)體的情況，在WLTP標(biāo)準(zhǔn)行駛條件下，應(yīng)用了SiC功率半導(dǎo)體的主驅(qū)逆變器，能夠增加10%~12%的行駛距離。
英飛凌給出了一個(gè)邏輯：雖然SiC要比硅基IGBT更貴，但在同樣的續(xù)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(tǒng)的角度來(lái)看，SiC即使是價(jià)格更高，但也能夠一定程度上降低系統(tǒng)成本。
而按照英飛凌的OBC技術(shù)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(dǎo)體；到2024年將會(huì)大規(guī)模轉(zhuǎn)向SiC，功率密度提升至4kW/L；到2025年后，才會(huì)推進(jìn)GaN進(jìn)入OBC，屆時(shí)功率密度將會(huì)提高至6kW/L以上。
OBC已經(jīng)大量采用SiC，GaN落地正在加速
實(shí)際上，OBC上應(yīng)用SiC要比我們想象的更加早。早在2018年，比亞迪就在旗下車(chē)型中搭載了采用SiC MOSFET的OBC、DC/DC等部件，目前來(lái)看，特斯拉、現(xiàn)代、捷豹路虎、lucid等海外車(chē)企也已經(jīng)在OBC上大規(guī)模使用SiC，同時(shí)目前多家第三方供應(yīng)商也推出了SiC OBC，并在多款車(chē)型上實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用。
另一方面，目前多家大廠也正在努力推動(dòng)GaN進(jìn)入到OBC中。但GaN要進(jìn)入到電動(dòng)汽車(chē)主驅(qū)等關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)中并不容易，前面提到主機(jī)廠在主驅(qū)、OBC上應(yīng)用GaN產(chǎn)品的意愿不太強(qiáng)烈，其中原因大概有兩點(diǎn)：
一是在性能上，汽車(chē)主驅(qū)或者OBC等高壓應(yīng)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(chē)企從性能和成本兩個(gè)方面都沒(méi)有太大的驅(qū)動(dòng)力去使用GaN；二是GaN沒(méi)有在新能源汽車(chē)高壓電路中大規(guī)模應(yīng)用的案例，車(chē)企往往不愿意冒這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，特別是在涉及到汽車(chē)運(yùn)行安全的主驅(qū)中。
不過(guò)，隨著GaN在消費(fèi)領(lǐng)域的體量增加，成本逐步接近硅基功率器件，那么接下來(lái)在汽車(chē)領(lǐng)域，采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類(lèi)的車(chē)規(guī)硅基功率器件。
今年以來(lái)，包括英諾賽科、GaN Systems（已被英飛凌收購(gòu)）、意法半導(dǎo)體、安世半導(dǎo)體等企業(yè)都在OBC應(yīng)用上有所進(jìn)展。
比如英諾賽科推出了全氮化鎵OBC解決方案；安世半導(dǎo)體預(yù)計(jì)GaN量產(chǎn)產(chǎn)品會(huì)在2024-2025年應(yīng)用到400V平臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)上；意法半導(dǎo)體推出新款的車(chē)規(guī)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(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)中應(yīng)用。
總結(jié)：
隨著對(duì)OBC小體積、低重量的要求不斷提高，OBC的方案從IGBT過(guò)渡至SiC和GaN只是時(shí)間問(wèn)題。不過(guò)關(guān)于OBC是否需要保留，未來(lái)依然是值得討論的問(wèn)題。