安世半导体助力构成光储充一体化系统解决方案

前言

在中国，新能源电动汽车市场已经进入了高速发展期。根据公安部数据显示，截至2024年6月底，我国新能源汽车保有量已达2472万辆[1]。然而与电动汽车的需求增速相比形成巨大反差的是，作为电动汽车推广“最后一公里”的充电设施，其配套程度却尚未达到理想水平，充电站和充电桩设施的能源效率也有进一步的提升空间。

因此，这些都使得新能源电车充电站在技术创新和应用能效方面都需要变革和转型，既可以考虑让更多光伏储能充电一体化系统投入使用，也需要更多创新的功率半导体器件和IC芯片担当充电设施系统内核，从而有效解决充电站建设与运转所面临的挑战，并让广大新能源电动汽车用户获益。

市场与政策双重加持

“光储充”将成为新生代交通基础设施

根据工信部规划，到2025年，我国将实现电动汽车与充电桩设施数量的车桩比2:1，2030年实现车桩比1:1[2]。由此可见，在新能源电动汽车用户需求高速增长的前提下，我国充电基础设施建设也已经进入快速发展阶段，并且将不断提速。而“光储充”一体化充电站，作为新能源汽车与可再生能源产业深入融合的切入点，也成为了发展迅速的产业新兴赛道。

“光储充”一体化是通过配置光伏、储能系统实现“削峰填谷”，维持电网稳定，最后通过充电桩为新能源车提供清洁电能，能有效解决传统充电桩用电对局域电网的冲击。与此同时，传统充电桩消耗的电能始于发电厂，而发电厂产生的电能大多来源于化石燃料的燃烧，与光伏充电桩相比，其能源并非是清洁无污染的。光伏充电桩的大规模建设，不仅能够满足国内电动汽车充电业务的需要，也能促进我国的经济能源转型，保护我们赖以生存的环境，在可持续发展上具有深远的意义。

光储充一体站的工作运行原理就是根据车辆的充电行为和光伏出力，制定日前运行策略。在一体化充电站内，光伏发电系统所发电能首先满足充电站需求，当不满足负荷需求时，储能系统放电，若仍不能满足，则从电网购电（一般是在夜间使用波谷电价）；当光伏出力过剩时，可将过剩的电能给储能系统充电，也可以向电网售电，从而获得一定的收益。储能随着光伏发电及电价情况灵活调整充放电方式，减少充电桩的峰谷差，实现耦合增效，提高系统的经济性和清洁性。“光储充”的电站应用场景大致可以分为三类：城市充电站、高速服务区、工业园区。

光储充一体化充电站在市场需求方面可以说是“应运而生”。国家在政策端对“光储充”一体化充电站建设同样一直保持在高度关注和鼓励态势，并且近年来在政策推动的力度上，可谓“层层加码”：

2020年11月，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》，其中明确提出，鼓励“光储充放”多功能综合一体站的建设。新能源汽车“光储充”一体化充电站开始在电动汽车充电基础设施建设发展中引发关注和重视[3]。

2022年1月，国家发改委等十部门印发《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》，文件提出，积极推进试点示范，探索单位和园区内部充电设施开展“光储充放”一体化试点应用。得益于政策推动，2022年以来，有多个城市、多家企业活跃在“光储充”一体化电站建设中[4]。

2023年，国务院办公厅发布的《关于进一步构建高质量充电基础设施体系的指导意见》中提出，充分发挥新能源汽车在电化学储能体系中的重要作用，加强电动汽车和电网能量互动[5]。产业开始推崇V2G（Vehicle to Grid）理念，在一体化充电站应用过程中，更加注重实现新能源汽车与电网运营服务相互间的优化效应。

2024年4月，国家能源局发布的《关于促进新型储能并网和调度运用的通知》中提出，电力调度机构应根据系统需求，制定新型储能调度运行规程，科学确定新型储能调度运行方式，公平调用新型储能调节资源。积极支持新能源+储能、聚合储能、光储充一体化等联合调用模式发展，优先调用新型储能试点示范项目，充分发挥各类储能价值[6]。

高性能、高效率半导体芯片

构成领先“光储充”解决方案

伴随着在市场规模和用户需求方面的持续上升，更多的“光储充”一体化系统投入使用，使得相应设施的能源转换和利用效率不断提高。而在光伏等可再生能源领域，半导体功率器件和IC芯片是可再生能源转换、存储和管理的关键部件，这些器件对于提高可再生能源系统的效率、可靠性和性能至关重要，尤其是新型宽禁带半导体材料，如：碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的开发，为可再生能源应用开辟了新的可能性。这些材料比传统的硅基半导体具有更加优越的性能，能够在更高的温度、电压和频率下工作。这一进步助力更紧凑、高效和稳健的能源系统得以实现，有利于满足“光储充”一体化充电站这类可再生能源基础设施规模不断增长的需求。

“光储充”系统主要构成的三大部分是光伏发电系统、储能集成系统和充电桩，其中光伏发电系统的转换效率、储能的电池循环性能和充电桩的系统效率，直接决定了“光储充”系统的整体性能和效率。

针对于“光储充”系统这种典型的可再生能源应用场景，安世半导体所提供的解决方案可用于光伏逆变器、储能变流器和EV充电桩三大板块，其中主功率变换、辅助电源、栅极驱动和保护、信号处理和传输等环节，安世半导体均能提供多样化选择，满足不同应用需求。

近期，安世半导体成功推出了多款半导体IC芯片，进一步丰富了其光储充一体化系统的解决方案，巩固了其方案解决商的能力。

安世半导体的NGD4300 120 V半桥栅极驱动器系列产品，可以用于包括逆变器/用户储能系统/充电桩等应用场景，控制器支持更短的传输延时，为提高系统的鲁棒性，提供了包括SOI层等在内的改善设计。在具体性能方面，NGD4300的输入电平瞬态耐负压可达-10 V，为电路提供了高可靠性；并且能够实现13 ns通道延迟、1 ns通道间延迟误差水平的快速瞬态响应能力；同时因为其能够以4 A驱动提升开关速度和0.7 mA的IDDbbO/IHBO工作电流，从而使电路拥有更高效率。

图注：NGD4300半桥栅极驱动器即便在-13 V的负压下，其高/低输入电平仍然能保持稳定、出色的工作状态。

安世半导体的NEX80806 AC/DC反激式控制器适用于光储电源系统的辅助供电模块，例如逆变器多个位置的反激辅助电源设计。NEX80806针对工业应用进行了多项芯片设计优化，其中有工业版本可以向客户提供线电压过压保护功能，实时的监控输入电压，使辅助电源免受电压波动的损伤；NEX80806还使用了先进的倒封（Flip Chip）封装工艺，有效的降低了芯片热阻，为工业应用提供了热冗余。与竞品相比，在相同的IC OTP保护阈值下，NEX80806系列产品将可以容忍的系统环境温度提高了20 ℃以上。

安世半导体的NXF650x驱动器变压器非常适合于需要高效率和低EMI干扰应用场景。该产品具备低RON和高输出（例如NXF6501可实现1.2 A电流，市面上同类产品一般为350 mA）驱动，可实现系统高效率；其具备其他竞品不具备的故障安全输入保护能力，能够防止反向供电，并允许任何阶次上电；能将EMI干扰降至更低超低辐射水平，达到或超过CISPR25 5级和CISPR32 B级。

除此之外，安世半导体还针对逻辑器件推出了最新的SOT8065封装技术，帮助器件实现高效的逻辑控制和信号转换能力。与含铅封装相比，SOT8065封装通过减少PCB面积来最大限度地节省应用成本；该封装提供侧边可湿焊盘(SWF)，可实现自动光学检测；该封装提供所有流行的电压系列，可用于缓冲器、逆变器、门电路、开关、触发器和转换器等。

晶体管、二极管等功率器件诸多优势

促进“光储充”水平提升

从功率器件来看，安世半导体在“光储充”系统解决方案中采用的业界领先产品，包括GaN HEMT高电子迁移率晶体管、SiC MOSFET、SiC二极管、IGBT和中低压MOSFET等功率半导体器件，极大地促进了“光储充”系统实现更高的性能水平。

其中，GaN FETs器件具有高临界电场强度、高电子饱和速度与极高的电子迁移率的特点，能够在电源转换拓扑中，实现最高的转化能效和功率密度，最低的功耗/开关损失和系统成本，非常适合于在光伏逆变器、储能系统等高性能功率变换方面的应用。

目前，安世半导体是业内唯一可同时提供级联型（D-mode，Cascode）和增强型（E-mode）两种类型GaN FETs器件的供应商，并且独家提供拥有最佳散热性能CCPAK封装的650 V GaN FETs产品，可直接将“光储充”整个系统的转化能效提高至99%以上，开关频率的理想值可提升至1 Mhz以上，同时其CCPAK封装相较于竞品的GaN FETs产品拥有更高的可靠性。此外，安世半导体的GaN FETs器件还具备较低的反向恢复电荷（Qrr）、卓越的温度稳定性和优异的反向续流能力等多个技术领先优势，进一步巩固了其市场竞争力。

当下，为了克服电车续航里程和充电速度上的两大短板，电动汽车行业正加速从400 V转向800 V的电池系统，在这样的转变下，SiC几乎是唯一且完美的选择。而800 V电压系统就需要1200 V的耐压功率芯片，所以1200 V的SiC功率器件是业界共同的发力方向。目前安世半导体已成功研发出具有性能优异的1200 V SiC MOSFET，主要分为两大类：一类是采用3引脚和4引脚TO-247封装的SiC MOSFET，另一类是采用越来越受欢迎的D2PAK-7表面贴装器件(SMD)封装的NSF0xx120D7A0系列SiC MOSFET产品。

安世半导体的SiC MOSFET器件具有优异的导通电阻随结温上升的稳定性、综合品质因数FoM和阈值电压稳定性，并且相比于竞品能实现较低的体二极管正向压降，其更小的门极电荷比可以降低器件由于噪声导致的错误开通的概率。安世半导体的SiC MOSFET器件由于具备更高的开关频率，因此可以选择使用更小的磁性器件（比如电感器），降低磁性器件的成本和体积，还可以使得开关损耗更小，从而降低系统发热。在一些高母线电压的应用如光伏逆变器中，采用拥有更高耐压的SiC MOSFET可以简化拓扑，提高效率，减少器件数量和系统成本。凭借这些卓越的工作参数和特性优势，安世半导体的SiC MOSFET大大提高了光伏、工业电源开关及汽车应用的安全性、稳健性和可靠性标准，从而可以满足电动汽车OBC、充电桩、不间断电源以及太阳能和储能系统等多个汽车和工业应用市场。

工业应用往往伴随着大电流，当然可以采用功率模块的方式进行对应。但因为功率模块价格高昂，大部分情况下，仍然采用多管并联的方案。VGS(th)是在进行多管并联时影响动态均流重要的参数之一。安世半导体的SiC MOSFET具有业界领先的VGS(th)稳定性，减少由于VGS(th)不一致所造成的电流变化不均匀从而导致单个器件承受较大的电流应力，以及后续潜在的寿命和失效问题。

安世半导体的650 V IGBT产品能够实现低VCESAT以及开关损耗，参数稳定误差小，易于并联使用。该产品同样具有优秀的反向恢复能力，并能够在工作温度下达到更低的正向压降，同时拥有优异的电流能力，满足业界的RoHS和无铅标准。

和竞品相比，安世半导体的650 V IGBT具备优化的EOFF特性和更温和的电磁干扰，在尖峰电压方面可以提供更大的安全裕量，并具有优异的热性能和系统效率。

安世半导体的SiC二极管产品具备超低正向压降和优秀的反向恢复能力，其开关特性受温度影响小，并能够保持基于混合式PIN-SiC二极管（MPS）的高鲁棒性。

安世半导体的中低压MOSFET凭借行业领先的性能和广泛的规格覆盖，为新能源应用提供了卓越支持。这些器件采用创新的LFPAK铜夹片封装，涵盖7种以上封装形式，拥有超过400种料号，可灵活满足低压功率转换、充放电管理等多种应用需求。

此外，安世MOSFET产品广泛采用LFPAK铜夹片封装，不仅具备175 °C的结温特性（相较业内普遍的150 °C更具优势），还在焊接可靠性和抗PCB板弯曲能力方面表现出色。同时，该封装能够有效降低RDS(ON)导通电阻，并提供更高的ID(max)漏极电流，显著提升产品的整体竞争力。

最新推出的NextPower 80/100 V MOSFET系列采用CCPAK1212封装，具备最高持续505 A，峰值3558 A的ID(max)电流能力，0.67 mΩ的超低RDS(ON)，以及优异的散热性能。本系列器件还提供顶部和底部散热选项，工程师可以灵活选择散热途径。该产品的发布进一步丰富了安世半导体的MOSFET组合，为高功率密度应用提供了更强的解决方案。

结尾

安世半导体致力于通过创新的前沿技术，为“光储充”系统的光伏逆变器、储能变流器、EV充电桩提供更高效的解决方案。随着“光储充”系统部署规模的扩大和产业效应的提升，不断更新迭代的半导体产品与解决方案，尤其是WBG宽禁带半导体技术的突破，将在以光伏为代表的可再生能源系统实施和优化方面发挥越来越重要的作用。这种持续的演变，不仅有望满足不断增长的能源需求，而且将以可持续、高效和环保的方式来实现。

Nexperia (安世半导体)

Nexperia（安世半导体）总部位于荷兰，是一家在欧洲拥有丰富悠久发展历史的全球性半导体公司，目前在欧洲、亚洲和美国共有14,000多名员工。作为基础半导体器件开发和生产的领跑者，Nexperia（安世半导体）的器件被广泛应用于汽车、工业、移动和消费等多个应用领域，几乎为世界上所有电子设计的基本功能提供支持。

Nexperia（安世半导体）为全球客户提供服务，每年的产品出货量超过1,000亿件。这些产品在效率（如工艺、尺寸、功率及性能）方面成为行业基准，获得广泛认可。Nexperia（安世半导体）拥有丰富的IP产品组合和持续扩充的产品范围，并获得了IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和ISO 45001标准认证，充分体现了公司对于创新、高效、可持续发展和满足行业严苛要求的坚定承诺。