驱动先进性能：电动汽车解决方案电源转换系统内部

电动汽车电源转换系统内部

显着提高范围、性能和成本基本上归结为功率器件的局限性。下面说明了 EV 和主要电源转换系统组件的基本操作。本次讨论最重要的部分是：

· 车载充电器，允许连接到外部 AC/DC 充电站

· DC/DC 转换器，将高压电池直流电转换为低压直流电，用于内部电子设备

· 主逆变器，将高压电池直流电转换为为电机供电的三相交流电

让我们仔细看看这些组件中的每一个。

主逆变器是电动汽车电力电子系统的核心。事实上，牵引逆变器动力总成对电动汽车的续航里程、性能和成本影响最大：动力总成效率越高，续航里程、性能和成本就越好。动力总成效率是逆变器和电机效率的组合。提高逆变器和电机效率可以显着降低电机损耗。

电机能量损失的最大原因是涡流，或由变化的磁场在导体中形成的电流回路，以及不完美的正弦波交流输入。更高的开关频率可以通过减少由高次谐波引起的涡流损耗和提高正弦波输入的质量以进一步降低损耗来解决这两个问题。

不断发展的应用需要新的解决方案

真正改善电动汽车的续航里程、性能和成本将需要一种新型的电源转换系统。为了满足不断增长的市场需求，电动汽车制造商正在寻求利用最新的技术创新来推动汽车设计。其中包括更高电压的 800-/900-V 电池、提高车辆稳健性的新要求(例如短路保护)以及充分利用车辆电池的新电机设计。在过去几十年里推动消费电子和工业电子产品爆炸式增长的硅基电源技术已不足以满足当今的先进需求。现代电动汽车需要更先进的功率半导体技术。

NexGen Power Systems：重塑电力电子

NexGen 是一家电力电子领域的垂直整合公司，在基于 Vertical GaN 技术的功率半导体方面取得了根本性突破，这使该公司能够基于其可扩展、可软件配置的电源平台构建下一代电源系统。

这一切都始于氮化镓，在制造半导体方面，它本质上优于硅和碳化硅。NexGen 的 Vertical GaN 半导体是世界上第一个 GaN-on-GaN 解决方案。它们比基于硅的系统小 95%，并提供：

· 低开关损耗

· 高开关频率

· 高能量密度

NexGen Vertical GaN 器件已经证明自己是电动汽车和其他应用的选择，具有以下优势：

· 与任何其他 GaN 器件相比，在给定芯片面积上具有出色的击穿电压和电流能力

· 唯一可提供 1.2 kV 及以上击穿电压的 GaN 技术

· 由于 NexGen 的 eMode 器件技术的控制原理，没有动态导通电阻

· 降低 GaN-on-GaN 同质外延层中的缺陷密度

· 显着降低输出电容，从而显着降低开关损耗并实现高开关频率

垂直 GaN 电源非常适合电动汽车中的高压电力电子设备，可通过减少电感器和电容器等无源元件来降低成本。由此产生的电源系统不仅更轻更小，而且更坚固、更高效，使其成为具有尺寸和空间限制以及尖端效率和稳健性要求的应用的理想选择。

NexGen 工程师正在与汽车制造商合作，开发符合其独特规格的 EV 电源转换系统。这些系统具有可扩展性和软件可配置性，因此可以通过使用相同的核心架构来调整它们以解决汽车中的各种功率水平。该公司还为电动汽车制造商提供垂直 GaN 晶体管，他们可以将其放入专有的逆变器中。

借助基于 EV 电源转换系统和逆变器中创新的 Vertical GaN 器件的最先进的电源系统，您可以在所有三个主要领域实现改进：范围、性能和成本。电动汽车中的电力电子设备将显着提高效率，并为消费者提供他们想要的驾驶体验。

产生全球影响

整体效率的提高也为产生更大的全球影响提供了重要机会。

平均 EV 需要 30 kWh 才能行驶 100英里。假设一辆典型的汽车一年平均行驶 13,500 英里，这相当于一年的能源消耗 4,050 千瓦时。预计从 2025 年到 2030 年，预计将售出 1.5 亿辆电动汽车。假设汽车的典型保有期为 11 年，这些新车的用电量估计约为 6.6 万亿千瓦时。这些汽车的整体 EV 电力电子设备效率提高 1%，可节省 660 亿千瓦时的能源。这相当于美国三分之一国家森林的碳封存量——或超过纽约市每年的能源消耗量。