與內(nèi)燃機車相比，目前電動汽車（EV）和插電式混合動力汽車（HEV）的數(shù)量較少。然而，向混合動力汽車和電動汽車的轉(zhuǎn)變正在加速。預(yù)計到2020年將增長40%，從2017年的420萬輛增長到3030萬輛。報告中的數(shù)字雖然各不相同，但所有人都預(yù)測，在未來幾年，我們將看到電動車和插電式混合動力汽車的驚人增長。今天改用電動汽車就像是走在一條安靜的鄉(xiāng)間小路上，但到了明天那條小路將變成一條六車道的高速公路。

轉(zhuǎn)換的速度取決于許多因素。 當(dāng)前，最大的兩個限制是缺乏車輛充電基礎(chǔ)設(shè)施以及駕駛員充電所需的時間。 這就是為什么開發(fā)直流快速充電站網(wǎng)絡(luò)如此重要的原因。

令人驚訝的是，直流快速充電站的增長并不明顯，因為混合動力汽車不使用直流充電，也因為并非所有的電動汽車都能使用快速充電。專家預(yù)測，到2023年，將有2000個直流快速充電站，其中真正的充電功率超過50kw的快速充電站很少。

盡管如此，這些充電站將對電子行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。直流快速充電站中的功率半導(dǎo)體數(shù)量巨大，即使單位充電站數(shù)量很少，到2030年，功率半導(dǎo)體器件的總市場也可能達(dá)到1.2億個以上。充電系統(tǒng)的增長率預(yù)計將在2030年左右爆炸式增長，因此功率半導(dǎo)體器件和相關(guān)元件的市場預(yù)計將呈指數(shù)級增長。

圖1直流充電系統(tǒng)使用各種電路保護(hù)和功率半導(dǎo)體技術(shù)

推動增長

隨著美國、中國和歐洲領(lǐng)導(dǎo)人推動向混合動力汽車和電動汽車的轉(zhuǎn)變，以實現(xiàn)減少二氧化碳排放和提高燃油效率標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)，政府監(jiān)管和立法正在推動這一增長。

消費者似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好了。 一次充電的有限行駛里程一直是消費者采用電動汽車的挑戰(zhàn)。 但是電池技術(shù)在過去幾年中一直在進(jìn)步。 電池充電容量和功率密度在增加，而電池成本卻在下降。 隨著電池變得更輕，更強大，我們看到了續(xù)航里程達(dá)300英里甚至更多的新型電動汽車，非常接近內(nèi)燃機汽車的行駛范圍。 這激發(fā)了采用率。

另一項有用的技術(shù)是碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體器件和模塊的出現(xiàn)。50kW及以上的電動汽車充電站需要高效率的功率轉(zhuǎn)換。功率損耗的每一個百分比都給如何處理散熱帶來了工程上的挑戰(zhàn)。

想象一下，消費者想要在能夠提供超過50 kW功率的直流快速充電站為汽車充電。 這涉及極高的電流水平，因此會導(dǎo)致充電電纜的損耗而使其過熱。 這意味著將需要冷卻電纜設(shè)計，這是老一代充電站所不需要的復(fù)雜性。

物理學(xué)正在推動業(yè)界尋找在功率轉(zhuǎn)換過程中提供更高功率效率的新技術(shù)。設(shè)計工程師們正在接受寬帶隙（WBG）功率半導(dǎo)體器件，因為這些技術(shù)降低了功率損耗。特別是碳化硅器件變得非常可靠，價格也更便宜，這有助于向電動汽車轉(zhuǎn)變。

圖2. 與Littelfuse的碳化硅 MOSFET和肖特基二極管一樣，通過提供低功率開關(guān)損耗而設(shè)計用于電動汽車充電應(yīng)用