新拓扑带来切入契机　GaN进军电动车OBC应用

GaN Systems日前在应用电力电子会议(APEC 2023)上发表了11kW/800V氮化镓(GaN)车载充电器(On-Board Charger, OBC)参考设计。传统上，电动车的OBC不是採用绝缘闸级电晶体(IGBT)，就是使用碳化硅(SiC)电晶体做为功率开关。但由于GaN Systems在电路拓扑设计上取得重大突破，因此让GaN也能被用在OBC上。与基于SiC的OBC相比，GaN Systems的参考设计将功率密度提高了36%，整体物料清单(BOM)成本则可望降低15%以上。

左为典型的SiC 800V OBC，右为GaN Systems发表的GaN 800V OBC参考设计

这款11kW/800V氮化镓车载充电器参考设计採用基于无桥图腾柱功率因数校正(PFC)结构的三阶飞驰电容(Flying Capacitor)拓扑，及双主动桥式AC/DC和DC/DC转换器，在功率密度及总物料成本上与市场做出区隔。三阶飞驰电容拓扑中所採用的氮化镓(GaN)电晶体能达到优异的切换频率，有效减低一半电压压力，使650V GaN电晶体也能应用于这款或其他800V电源系统中。

GaN Systems副总经理庄渊棋指出，三阶飞驰电容拓扑并非GaN Systems的发明，但以往这种拓扑只是学术研究的题目，尚未被运用在实际产品中。GaN Systems投入相当多心力与资源，克服了将这种拓扑从实验室带到商业应用所需跨越的许多技术障碍。而为了让OBC製造商能尽快评估这种全新拓扑所具备的优势，GaN Systems决定以参考设计的形式，向业界发表其技术上的突破。

与现有的SiC OBC相比，GaN Systems提出的参考设计在功率密度上增加了36%，同时BoM成本则降低至少15%。这都还只是在与SiC同等开关速率的条件下所得到的比较结果，如果进一步提高GaN的开关速率，基于GaN的OBC在尺寸、功率密度与成本上，领先SiC OBC的幅度还能进一步扩大。因此，随著时间经过，GaN OBC的优势将会越来越显著。