英飞凌OBC产品战略路线：明年大规模转向SiC，GaN要到2025年后

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）车载充电机OBC在新能源汽车上往往承载着慢充的需求，将交流充电桩输入的交流电转换成可以直接为动力电池充电的直流电。不过，随着大功率直流快充的逐渐普及，交流慢充由于需要额外增加OBC模块，增加车身重量、占用车内空间的同时，还提高了成本，因此近几年已经开始有一些车企取消电动汽车上的OBC以及交流慢充口的配置。

最近在IEDM 2023（ IEEE国际电子器件会议）上，英飞凌公布了其OBC产品的战略路线，推动第三代半导体在OBC上的应用。

采用SiC和GaN，提高OBC模块功率密度

英飞凌强调，在很多应用中，未来高效的功率半导体技术需求将会急剧增加。具体来说，这些需求将会在电动汽车、数据中心、电池驱动的非高峰电源等应用中凸显，以SiC和GaN为代表的功率半导体应用将会加速推进。

SiC和GaN作为第三代半导体材料，基于这两种材料所制造的功率器件，开关损耗大幅减少，在高压和大功率应用中相比硅基的功率器件有一定优势。近年电动汽车的市场渗透率进入快速增长期，SiC功率器件的应用也随着800V平台逐步推广而越来越多。以电动汽车中的主驱逆变器为例，英飞凌展出了使用SiC功率半导体和硅基功率半导体的情况，在WLTP标准行驶条件下，应用了SiC功率半导体的主驱逆变器，能够增加10%~12%的行驶距离。

英飞凌给出了一个逻辑：虽然SiC要比硅基IGBT更贵，但在同样的续航里程下，使用硅基IGBT需要配备更大容量的电池包。那么从系统的角度来看，SiC即使是价格更高，但也能够一定程度上降低系统成本。

而按照英飞凌的OBC技术路线图，2020年OBC的功率密度约是2kW/L，主要采用硅基功率半导体；到2024年将会大规模转向SiC，功率密度提升至4kW/L；到2025年后，才会推进GaN进入OBC，届时功率密度将会提高至6kW/L以上。

OBC已经大量采用SiC，GaN落地正在加速

实际上，OBC上应用SiC要比我们想象的更加早。早在2018年，比亚迪就在旗下车型中搭载了采用SiC MOSFET的OBC、DC/DC等部件，目前来看，特斯拉、现代、捷豹路虎、lucid等海外车企也已经在OBC上大规模使用SiC，同时目前多家第三方供应商也推出了SiC OBC，并在多款车型上实现落地应用。

另一方面，目前多家大厂也正在努力推动GaN进入到OBC中。但GaN要进入到电动汽车主驱等关键动力系统中并不容易，前面提到主机厂在主驱、OBC上应用GaN产品的意愿不太强烈，其中原因大概有两点：

一是在性能上，汽车主驱或者OBC等高压应用中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，车企从性能和成本两个方面都没有太大的驱动力去使用GaN；二是GaN没有在新能源汽车高压电路中大规模应用的案例，车企往往不愿意冒这个风险，特别是在涉及到汽车运行安全的主驱中。

不过，随着GaN在消费领域的体量增加，成本逐步接近硅基功率器件，那么接下来在汽车领域，采用GaN的部件成本可能也将很快接近同类的车规硅基功率器件。

今年以来，包括英诺赛科、GaN Systems（已被英飞凌收购）、意法半导体、安世半导体等企业都在OBC应用上有所进展。

比如英诺赛科推出了全氮化镓OBC解决方案；安世半导体预计GaN量产产品会在2024-2025年应用到400V平台电动汽车上；意法半导体推出新款的车规GaN器件，其中还包括更大功率的封装形式，包括PowerFLAT 8x8 DSC和LFPAK 12x12大功率封装，有望能在电动汽车高压系统中应用。

小结：

随着对OBC小体积、低重量的要求不断提高，OBC的方案从IGBT过渡至SiC和GaN只是时间问题。不过关于OBC是否需要保留，未来依然是值得讨论的问题。