（文/程文智）自從2020年，電動汽車充電樁被列入新基建的七大項目之一后，很多人都看好這個市場的發展規模和未來趨勢。在國內有超過26個省市密集出臺了50余項與充電設施相關的政策。根據調研機構提供的數據顯示，從2019年至2020年，中國公共充電樁的年增量從12.89萬上漲到近30萬，這從數據層面證實了樂觀的市場預期。

對于充電樁市場規模的預測，Autute非常樂觀，該機構預計全球充電樁市場到2027年底，將會達到930億美元，年復合增長率在20%左右。除了市場規模，那么充電樁在技術方面有哪些發展趨勢呢？

充電5分鐘，行駛200千米成電動汽車剛需
從技術方面來看，未來充電樁解決方案將主要聚焦于解決當下電動汽車充電環節所存在的主要問題。德州儀器現場應用經理付楊認為，這些問題包括三個方面：
1）提高直流快充場景的充電速度，5分鐘200KM的充電速度會成為剛需。
2）提高直流快充場景的安全等級，高壓大電流充電對電池及充電環節帶來的安全問題亟需得到解決。
3）提高充電樁的智能化水平，V2G可能成為中小功率充電樁的新形態。

高功率密度和高電壓是超級充電樁的兩大趨勢
很明顯，大功率充電站在解決用戶充電、里程焦慮方面有著顯著的優勢。更高功率密度和更高電壓是超級充電樁發展的兩個趨勢。

其實在這兩方面的創新也存在一些難點和挑戰，付楊舉例說，為了追求更高的效率而增加總線電壓時，復雜的多電平拓撲變得越來越普遍。

NPC和ANPC拓撲是雙向PFC /逆變器最受歡迎的兩種拓撲，它們可以將開關設備上的電壓應力限制為總線電壓的一半。

但是，這些拓撲需要來自MCU的更多PWM通道，并且還需要一種特殊的保護方案以在任何停機期間維持電源開關兩端的電壓平衡。

當然，付楊也給出了一個解決方案參考，比如TI的C2000微控制器第三代器件提供了獨特的可配置邏輯塊（CLB），可實現板載故障保護方案，以確保在所有工作條件下均提供實時保護，而無需任何外部邏輯電路，類似于FPGAs / CPLDs一樣靈活。例如TIDA-010210 6.6kW 三相三級 ANPC 逆變器/PFC 雙向功率級參考設計中所呈現。

另外，除了更高功率密度和更高電壓兩個發展方向外，實際上，一個更安全、更智能、更快速的充電樁涉及到的技術遠不止這些。比如，超級充電樁由于是大功率高壓戶外場景，具有特殊的安全和可靠性要求，因此在這種場景下使用的隔離器件、柵極器件的穩定性和智能化，對功率器件做出的保護，是直流模塊能否以更安全的狀態運行的前提條件。

更進一步，從用戶體驗方面看，在充電時長之外，用戶最痛苦的莫過于需要充電時無法確知前方充電樁的使用情況，這就需要利用安全的無線連接技術遠程接入和控制。這就需要用到短距離近場通訊（身份識別、信息保護）、遠距離私有協議通信等各類安全無線連接產品，以及兼容常用的BLE、WiFi的通訊技術。使用這些技術就可以讓充電樁實時更新狀態，用戶得知它的使用情況。而在用戶和運營商都看重的數據安全層面，解決方案需要提供安全的身份鑒權、數據通信等功能。

付楊自豪底表示，在WiFi產品上，TI很早以前就加入了信息安全保護機制，比如針對外置Flash的數據完整性進行驗證，防止非授權訪問和保護敏感數據，以及完善加密通道、密鑰管理等安全機制。在其他相關通信產品方面，TI也有相應的產品可供工程師選擇。

第三代半導體產品或是未來
對于充電樁產品來說，還有一個問題也是需要關注的，那就是易安裝和易維護性。如果實現了易安裝和易維護特性，對于充電樁降低成本是非常有利的。拿安裝來說，現在超級充電樁的體積和重量其實是很大的，一般可能需要三四個人來進行安裝，調試。而如果能將超級充電樁做到15Kg以下，那么只需要一個人就能完成整個安裝調試過程了，這個人工成本就可以節省下來了。

那么如何才能實現對超級充電樁的體積和重量的降低呢？答案是SiC，GaN等第三代半導體產品。付楊對<電子發燒友>表示，三代半導體（包括SiC、GaN等）成為充電樁市場上冉冉升起的新星，是實現碳達峰、碳中和的最重要的半導體技術。

第三代半導體相比此前兩代，具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、介電常數小等獨特的性能，因此可以減少系統散熱成本及無源器件尺寸，可以提供更高能效或更高功率密度，長期來看可以進一步降低系統總成本。

SiC由于推出時間早，用戶覆蓋面更廣，在汽車中的應用更多。不過SiC和GaN究竟孰優孰劣目前下結論還為時尚早，如果長期來看，硅基GaN在成本方面的下降空間會更大。無論如何，未來隨著第三代半導體在工藝上的成熟度越來越高，整體成本優勢會更加凸顯，相信也會在不久的將來在充電樁領域得到廣泛的應用。

具付楊透露，在第三代半導體功率器件方面，TI在SiC和GaN方面均有布局。SiC方面通過提供集成電容式隔離功能的驅動器，提高系統穩健性和可靠性，減小外形尺寸和輕松符合 EMI 標準。另一方面，TI在GaN上的布局通過不斷嘗試新架構，使GaN適應更廣的電壓范圍，比如800V、1000V。他認為高壓的GaN器件的出現，為將來在充電樁上看到GaN的身影帶來了更大的可能性。

此外，付楊還強調，為了保證高可靠性，TI已經針對GaN FET進行了4000多萬小時的器件可靠性測試和超過5 GWh的功率轉換應用測試。同時，為了進一步提高可靠性和集成度，TI推出了GaN與驅動集成的器件。值得一提的是，TI在GaN方面擁有自己的工藝和工廠，因此可以確保產品品質和供應的穩定性保障。

雖然SiC和GaN器件有種種好處，但是由于成本的原因，這兩種器件都還沒有在充電樁領域被廣泛采用。不過，相信隨著它們成本的降低，它們會成為充電樁中不可或缺的器件。