目前，電動汽車正在進入下一個巔峰期，與此前不同，如今全球正在面臨著壓力越來越大的碳減排力度，同時半導體的創新，以及電動汽車售價的降低，使消費者更偏好與電動汽車。

　　2010 年，電池組每千瓦時的平均價格超過 1,000 美元，到 2024 年，這個數字預計將降至 100 美元以下。此外，新款電動汽車一次充電可行駛超過 300 英里(480 公里)，是 10 年前電動汽車的 3 倍。由于這些趨勢，到 2025 年，預計多達 30% 的新車將是電動汽車。然而，推動更多電動汽車并非沒有挑戰。

　　汽車電氣化的挑戰

　　隨著汽車制造商開發更具創新性和價格合理的電動汽車，對高效充電站的需求也越來越大，從而進一步提高消費者的采用率。獨立的直流快速充電器可以在短短 30 分鐘內將電動汽車快速充電至80%的電量，而您在家慢充可能需要 10 多個小時。為了減少充電時間，大型直流充電樁開始密集部署，然而，這些獨立充電站的設計成本可能很高，并且在正常運行和待機模式下都會消耗大量電力。為了滿足這些電力需求，工程師的任務是使電網和車輛內部的電子設備更小、更可靠、更高效、更實惠。

　　電動汽車生態系統中的半導體創新

　　為了在更高的功率水平下實現最佳的車輛效率和更快的充電時間，重要的是采取整體方法，從全面了解整個系統開始，從電源到負載。對于電動汽車和混合動力電動汽車等快速發展的應用，系統組件需要具有可擴展性和靈活性，以適應不斷變化的高電池電壓、雙向充電以及產品上市時間。有兩個不同的電源管理目標——高功率密度和低電磁干擾 (EMI)——從而在更小的空間內提高大功率電動汽車和直流充電系統的效率。

　　功率密度

　　氮化鎵 (GaN) 正成為功率密度的代名詞，因為它的開關速度比傳統的硅MOSFET甚至是碳化硅器件都要快 10 倍。僅當驅動源(比如柵極驅動器)的輸出與 GaN FET 的柵極緊密連接時，才能啟用這種快速開關。

　　通過氮化鎵，可以產生近乎完美的方波，振鈴非常小。機械結構方面也可以使變壓器尺寸減小了 59%，進而顯著降低了電動汽車的整體尺寸和重量，從而延長了行駛時間。

　　GaN 高速開關的另一個好處是非常高的功率轉換效率，在傳統的大功率系統中，效率在 96% 到 98% 之間。因此，這些系統將需要一個散熱風扇系統來消除數百瓦的熱量浪費。典型的 GaN 系統提供超過 99% 的效率——因此這些系統不僅使用更少的能源，而且還消除了對冷卻系統的需求。對于電動汽車和充電站而言，最大限度地減少熱量和電力損失對于縮短充電時間至關重要。

　　低 EMI

　　封裝不僅僅是為電子元件提供外殼;它必須保護電路免受惡劣條件的影響，并保護用戶免受極高電壓的影響。例如，德州儀器 (TI) 將更多功能集成到單個封裝中的能力正在推動更高的功率密度、更高的系統可靠性和更低的整體系統成本。一個例子是 TI 的帶有集成變壓器的 UCC14240-Q1 DC-DC 偏置電源模塊，它正在取代 EV 系統中的大型和笨重的機械變壓器。將磁性元件集成到集成電路中是硅和軟件共同進步的結果，這已經超過了鐵和銅等傳統變壓器行業的進步。TI 的集成隔離式偏置電源模塊可實現更小的初級到次級側電容，以及軟開關控制方案，從而消除了傳統變壓器設計的 EMI 挑戰，因此無需使用大型且昂貴的外部 EMI 緩解技術，例如外部扼流圈和濾波器。

　　此外，如果像電動汽車這樣的高功率系統效率要提高 1% 到 2%，工程師將不得不重新構建從電源到負載的整個系統，同時還要挑戰傳統思維。例如，當今許多系統中使用的低功耗集中式反激偏置電源，可以考慮更換為更小的分布式電源架構進行重新設計，這時，集成了 EMI 緩解、提高效率和雙倍功率密度的新產品便可充分發揮其作用。

　　走向未來

　　TI 半導體使越來越多的電子產品能夠以比以往更高效、更可靠和更經濟的方式供電。為了在功率方面保持領先，工程師需要能夠以更低的成本將更多的功率封裝到更小的空間中。突破電源管理的界限意味著顛覆當前的思維。通過進一步提高系統級效率、可靠性和成本，半導體創新將繼續在汽車電氣化中發揮重要作用。