安森美SiC解决方案在电动汽车的主要应用

随着电动汽车(EV)逐渐成为主流，人们对电动汽车的性能、充电时间和续航里程的期望持续攀升。要满足这些需求，不仅需要在用户界面层面进行创新，更要深入动力系统架构展开革新。而推动这一演进的关键趋势之一，便是电池系统从400V向800V（乃至1200V）的升级。这种转变能实现充电提速、功率提升与能源高效利用，但同时也带来了新的设计挑战。

安森美(onsemi)正处于这一变革的前沿。安森美提供一系列碳化硅(SiC) 解决方案，包括650V 和1200V M3S EliteSiC MOSFET和汽车功率模块(APM)，助力汽车制造商研发出高效、可靠且能满足各种不同功率/电压等级需求的车载充电器(OBC)，并具备良好的可扩展性。

解析从 400V 到 800V 架构的转型

如今，大多数电动汽车采用 400V 电池系统。这类平台适用于多种用例，从乘用车到插电混动汽车均能覆盖，在性能、成本与现有充电基础设施之间实现了平衡兼顾。然而，随着汽车厂商 (OEM) 致力于提升车辆续航里程并缩短充电时间，他们正越来越多地探索 800V 架构。

800V 电池架构会对电池尺寸、重量和能量容量产生影响。800V 系统支持更快的充电速度和更高效的功率传输，不仅降低了对热管理的要求，还能使用更细的电缆，从而一举多得，既能提高能效、减轻整体系统重量，又能减少封装需求。此外，在相同功率水平下，800V 系统可降低电流，尽可能地减少 I²R 损耗，进而提升整体能效、增加续航里程，同时改善性能。

尽管 400V 系统仍适用于许多车型，但市场对 800V 系统的需求正与日俱增，尤其是在高性能电动汽车、长途商用车及依赖超快充的车队中。

向 800V 的转型并非“一刀切”的解决方案，而是与特定应用需求相辅相成的技术演进。电压架构的合适与否取决于具体用例和性能目标，还要考虑与基础设施的兼容性。

电动汽车的主要应用和电压要求

不同的电动汽车应用场景对应不同的功率需求和架构设计。例如，入门级城市轿车通常采用 400V 系统，这类车辆更注重成本控制和车身紧凑性，而非大功率性能。

中端市场的插电混动汽车和标准纯电汽车则受益于高效的 400V 系统。许多这类车型配备 6.6kW 至 11kW 的车载充电器，且常依赖家用充电设施。即便在 400V 级别，SiC MOSFET 也正被越来越多地采用，以提升功率密度并降低开关损耗。

高端市场包括商用电动汽车、豪华乘用车和货运车队。这些车辆需要快速充电能力和更高的能量吞吐量，因此 800V 架构成为理想之选。800V 系统可通过直流快充站支持更高功率，使这类车辆能更快完成充电，并在长距离行驶中保持更高能效。

图 1：货运车队和商用电动汽车是车载充电应用领域中快速增长的细分市场

安森美凭借旗下的产品组合，能够为所有这些用例提供支持，针对每种电压和功率层级均能提供精准解决方案。

安森美的技术产品组合：搭建桥梁，推动转型

为兼顾已广泛应用的 400V 系统与前沿的 800V 平台，安森美提供了门类齐全的碳化硅基功率器件。

对于400V 应用，M3S 650V EliteSiC MOSFET系列兼具高速开关、低导通损耗与热效率优势，表现令人瞩目。这些器件尤其适用于图腾柱功率因数校正 (PFC) 等硬开关拓扑，以及 LLC 或相移全桥转换器等软开关设计。

对于800V 平台，安森美不仅提供1200V M3S EliteSiC MOSFET，更推出了APM32 系列汽车功率模块。这些额定电压1200V 的模块集成了三相桥模块、全桥模块和双半桥模块，可在额定功率 11kW 至 22kW 的车载充电器中实现稳定运行。这些模块凭借紧凑的封装设计与出色的热性能，成为高功率系统的理想之选，有助于提升可靠性与空间利用率。

表 1：适用于 800V 和 400V 电池架构的推荐产品

这种双层级方案有助于电动汽车设计人员在不同车型平台间实现灵活扩展，同时使用经性能优化的元器件。

能效的必要性：为何 SiC 至关重要

碳化硅 (SiC) 是一种宽禁带材料，相较传统硅材料优势显著，不仅开关速度更快，还能在更高电压和温度下运行。

在车载充电器 (OBC) 中，SiC 技术带来的能效提升尤为可贵。其更高的开关频率使得小型化无源元件的应用成为可能，从而有助于减小系统尺寸并降低成本。此外，SiC 优异的热性能还简化了热管理，有助于紧凑的电动汽车系统克服热管理方面的重大挑战。

EliteSiC M3S MOSFET：弥合400V 平台的性能差距

安森美推出的 M3S 650V EliteSiC MOSFET专为 400V 级高速开关应用优化设计，具备超低比导通电阻 (RSP)、全温度范围稳定性能及更低的反向恢复电荷，性能不仅超越传统硅基 MOSFET，甚至优于早期 SiC 设计。

M3S MOSFET 提供TO-247-4L、D2PAK-7L 等多种封装形式，可灵活适配不同的设计约束条件。凭借低栅极电荷与经过优化的电容特性，设计人员能够打造出紧凑高效的车载充电器，在满足 400V 应用需求的同时，无需在性能上做出妥协。M3S 器件助力弥合 400V 平台与未来性能需求之间的差距。

APM32 SiC 模块：赋能 800V 平台

针对下一代 800V 系统，安森美的 APM32 汽车功率模块可提供车载充电应用所需的高电压与大电流处理能力，它基于 1200V 额定 EliteSiC MOSFET 构建，支持 11kW 至 22kW 功率等级，适用于商用及高性能电动汽车应用场景。

APM32 模块提供全桥与双半桥拓扑，可同时支持 OBC 设计中的功率因数校正 (PFC) 与 DC-DC 段。其封装技术经过专门优化，具备出色的热管理能力与机械强度，确保在恶劣的汽车环境中实现长期可靠运行。

APM32 模块通过了 AQG-324 与 AEC-Q101 标准认证，能够为高性能车载充电器提供可靠基础，是推动 800V 车辆架构普及的关键助力。

针对 SiC 器件优化的栅极驱动器

高速 SiC 器件需搭配性能旗鼓相当的栅极驱动器，才能充分发挥 SiC MOSFET 的能效优势。安森美提供一系列专为 SiC 应用设计的隔离型栅极驱动器，特性包括支持负栅极偏置、具备高共模瞬态抗扰度、短传播延迟等。

NCV51563是双通道隔离式驱动器，非常适合在半桥或全桥配置中驱动 SiC MOSFET。NCV51152 和 NCV51752则是紧凑型单通道驱动器，专为空间受限的应用量身打造，集成负栅极偏置。

这些驱动器有助于防止直通事件、降低电磁干扰 (EMI)，并提升 OBC 系统的整体可靠性。选择合适的栅极驱动器并进行合理集成，对于充分发挥 SiC 技术的性能优势至关重要。

平稳且可扩展的转型之路

向 800V 系统转型并不意味着要淘汰 400V 平台，而是要为合适的用例匹配恰当的架构，并在此过程中铺就清晰的创新与扩展路径。

安森美全面的 SiC 解决方案组合，助力电动汽车制造商提升现有 400V 系统的性能与能效，无缝采用 800V 架构以应对高功率应用需求，同时打造紧凑、可靠且高效的前瞻性 OBC 系统。

其中包含一套完整解决方案，涵盖与 EliteSiC 配套的 GI 栅极驱动器、汽车级低压差线性稳压器 (LDO)（安森美是 LDO 领域的领军企业）及小信号二极管。从分立 MOSFET 到全集成功率模块，再到优化的栅极驱动器，安森美提供的构建模块一应俱全，为下一代电动汽车提供有力支持。