充电5分钟，行驶200千米成电动汽车刚需，充电桩解决方案会如何变

（文/程文智）自从2020年，电动汽车充电桩被列入新基建的七大年夜项目之一后，很多人都看好这个市场的成长范围和将来趋势。在国内有跨越26个省市密集出台了50余项与充电举措措施相干的政策。根据调研机构供给的数据显示，从2019年至2020年，中国公共充电桩的年增量从12.89万上涨到近30万，这从数据层面证实了乐不雅的市场预期。

对于充电桩市场范围的猜测，Autute异常乐不雅，该机构估计全球充电桩市场到2027岁尾，将会达到930亿美元，年复合增长率在20%阁下。除了市场范围，那么充电桩在技巧方面有哪些成长趋势呢？


充电5分钟，行驶200千米成电动汽车刚需
从技巧方面来看，将来充电桩解决筹划将重要聚焦于解决当下电动汽车充电环节所存在的重要问题。德州仪器现场应用经理付杨认为，这些问题包含三个方面：
1）进步直流快充场景的充电速度，5分钟200KM的充电速度会成为刚需。
2）进步直流快充场景的安然等级，高压大年夜电流充电对电池及充电环节带来的安然问题亟需获得解决。
3）进步充电桩的智能化程度，V2G可能成为中小功率充电桩的新形态。

高功率密度和高电压是超等充电桩的两大年夜趋势
很明显，大年夜功率充电站在解决用户充电、里程焦炙方面有着明显的优势。更高功率密度和更高电压是超等充电桩成长的两个趋势。

其其实这两方面的立异也存在一些难点和挑衅，付杨举例说，为了寻求更高的效力而增长总线电压时，复杂的多电平拓扑变得越来越广泛。

NPC和ANPC拓扑是双向PFC /逆变器最受迎接的两种拓扑，它们可以将开关设备上的电压应力限制为总线电压的一半。

然则，这些拓扑须要来自MCU的更多PWM通道，并且还须要一种特别的保护筹划以在任何停机时代保持电源开关两端的电压均衡。

当然，付杨也给出了一个解决筹划参考，比如TI的C2000微控制器第三代器件供给了独特的可设备逻辑块（CLB），可实现板载故障保护筹划，以确保在所有工作前提下均供给及时保护，而无需任何外部逻辑电路，类似于FPGAs / CPLDs一样灵活。例如TIDA-010210 6.6kW 三相三级 ANPC 逆变器/PFC 双向功率级参考设计中所出现。

别的，除了更高功率密度和更高电压两个成长偏向外，实际上，一个更安然、更智能、更快速的充电桩涉及到的技巧远不止这些。比如，超等充电桩因为是大年夜功率高压户外场景，具有特别的安然和靠得住性请求，是以在这种场景下应用的隔离器件、栅极器件的稳定性和智能化，对功率器件做出的保护，是直流模块可否以更安然的状况运行的前提前提。

更进一步，从用户体验方面看，在充电时长之外，用户最苦楚的莫过于须要充电时无法确知前方充电桩的应用情况，这就须要应用安然的无线连接技巧长途接入和控制。这就须要用到短距离近场通信（身份辨认、信息保护）、远距离私有协定通信等各类安然无线连接产品，以及兼容常用的BLE、WiFi的通信技巧。应用这些技巧就可以让充电桩及时更新状况，用户得知它的应用情况。而在用户和运营商都看重的数据安然层面，解决筹划须要供给安然的身份鉴权、数据通信等功能。

付杨骄傲底表示，在WiFi产品上，TI很早以前就参加了信息安然保护机制，比如针对外置Flash的数据完全性进行验证，防止非授权拜访和保护敏感数据，以及完美加密通道、密钥治理等安然机制。在其他相干通信产品方面，TI也有响应的产品可供工程师选择。

第三代半导体产品或是将来
对于充电桩产品来说，还有一个问题也是须要存眷的，那就是易安装和易保护性。假如实现了易安装和易保护特点，对于充电桩降低成本是异常有利的。拿安装来说，如今超等充电桩的体积和重量其实是很大年夜的，一般可能须要三四小我来进行安装，调试。而假如能将超等充电桩做到15Kg以下，那么只须要一小我就能完成全部安装调试过程了，这小我工成本就可以节俭下来了。

那么若何才能实现对超等充电桩的体积和重量的降低呢？谜底是SiC，GaN等第三代半导体产品。付杨对<电子发烧友>表示，三代半导体（包含SiC、GaN等）成为充电桩市场上冉冉升起的新星，是实现碳达峰、碳中和的最重要的半导体技巧。


第三代半导体比拟此前两代，具有禁带宽度大年夜、击穿电场高、热导率大年夜、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的机能，是以可以削减体系散热成本及无源器件尺寸，可以供给更高能效或更高功率密度，经久来看可以进一步降低体系总成本。

SiC因为推出时光早，用户覆盖面更广，在汽车中的应用更多。不过SiC和GaN毕竟孰优孰劣今朝下结论还为时尚早，假如经久来看，硅基GaN在成本方面的降低空间会更大年夜。无论若何，将来跟着第三代半导体在工艺上的成熟度越来越高，整体成本优势会加倍凸显，信赖也会在不久的将来在充电桩范畴获得广泛的应用。

具付杨泄漏，在第三代半导体功率器件方面，TI在SiC和GaN方面均有构造。SiC方面经由过程供给集成电容式隔离功能的驱动器，进步体系稳健性和靠得住性，减小外形尺寸和轻松相符 EMI 标准。另一方面，TI在GaN上的构造经由过程赓续测验测验新架构，使GaN适应更广的电压范围，比如800V、1000V。他认为高压的GaN器件的出现，为将来在充电桩上看到GaN的身影带来了更大年夜的可能性。

此外，付杨还强调，为了包管高靠得住性，TI已经针对GaN FET进行了4000多万小时的器件靠得住性测试和跨越5 GWh的功率转换应用测试。同时，为了进一步进步靠得住性和集成度，TI推出了GaN与驱动集成的器件。值得一提的是，TI在GaN方面拥有本身的工艺和工厂，是以可以确保产品品德和供给的稳定性保障。

固然SiC和GaN器件有各种好处，然则因为成本的原因，这两种器件都还没有在充电桩范畴被广泛采取。不过，信赖跟着它们成本的降低，它们会成为充电桩中弗成或缺的器件。