氮化镓技术推动电动汽车电源设计革新！

电动汽车设计师致力于通过提升功率、缩小系统尺寸并减少散热需求，使电动汽车更轻量化、自动化，并配备更小电池。借助氮化镓(GaN)汽车级功率器件在功率转换、高频开关和热管理领域的突破性进展，电动汽车的能效、可持续性和经济性正不断提升。这些器件具备抗振动、耐高温及适应严苛环境的能力，助力动力系统设计更紧凑，车身更轻量化。

GaN的卓越热管理能力降低了对庞大散热器和冷却系统的依赖，从而减轻车辆重量。此外，GaN功率器件通过减少功率损耗、提升系统效率和缩小体积，在电动汽车全生命周期中展现出显著成本效益。更高的能效还减少了碳排放，推动电动汽车环保化发展。

GaN逆变器：能效与性能的核心

逆变器是电动汽车的关键部件，负责将电池直流电转换为交流电以驱动电机。GaN器件使逆变器设计更小、更轻且更高效，直接提升电动汽车的续航和性能。GaN逆变器能有效利用电池电力，延长单次充电行驶里程。

400伏三相GaN逆变器

在GaN驱动的400伏电池牵引逆变器中，能效和功率密度显著提升，同时降低能量损耗、体积和重量。由此满足消费者对低成本、高续航电动汽车的核心需求。图1展示了一款基于GaN的三相逆变器参考设计，其总线电压为400伏，均方根(RMS)电流为400安。

图1

为实现均匀电流分布和平滑波形，四个GaN阵列并联驱动，从而降低栅极和漏极过冲电压。米勒钳位电路可抑制高速开关引发的寄生信号和电压尖峰。工作中温度升高会导致功率开关阈值电压下降，米勒电流与寄生电感耦合可能意外触发开关导通。这种意外导通可能引发直通事件，损毁电路功率级并导致系统故障。由于GaN器件体内无二极管，需通过外接电容调整反向导通过程的振荡。

在逆变器设计中，开关损耗是能效的关键，而GaN在此方面较碳化硅(SiC)更具优势。

800伏三相GaN逆变器

在800伏电池牵引逆变器中，基于GaN的三电平拓扑结构带来多重优势：

相比两电平方案，通过最小化开关损耗及滤波器和电机的高频损耗，提升逆变器效率;

类正弦输出电压降低滤波需求，减少噪声、振动和电磁干扰;

共模电压尖峰和电机轴承应力降低，使电路运行更平稳稳定，延长寿命。

图2展示了一款GaN三相逆变器参考设计，输入直流电压最高800伏，输出均方根电流100安，额定功率100千瓦。采用VisIC V22TC65S1A1器件，通过降低相电流纹波和提升驱动循环效率优化800伏电机三电平逆变系统。每开关位并联两枚该器件。

图2

三电平拓扑的最大优势在于显著降低总体开关损耗。为优化散热，设计采用绝缘顶部冷却表面贴装封装，可承受高达100安均方根的输出相电流。该设计支持三电平开环逆变和多脉冲配置，集成D3GaN功率开关后最大效率达99.3%(开关频率40千赫)。D3GaN将高密度横向GaN功率晶体管整合为常闭器件，具备超低导通电阻和高效开关性能，集成安全功能确保系统启停安全运行。

含液冷散热器的整体尺寸为26.9×21.4×3.5厘米，功率密度达50千瓦/升(含液冷)，总重约2.5千克。通过热成像相机可测量PCB板上的开关温度。

其他系统模块

GaN器件凭借更高能量转换效率和更低损耗，实现快速充电，提升用户体验，适用于住宅和商用充电桩的高压支持与扩展。DC/DC转换器负责管理高压电池组与低压系统(车灯、娱乐系统、空调)间的电力分配。