電子發燒友網報道（文/梁浩斌）去年12月，英飛凌公布了自己的OBC產品戰略路線，未來將采用SiC和GaN等第三代半導體來提高OBC功率密度，其中GaN會在2025年后應用到OBC上，屆時功率密度將會提高至6kW/L以上。

今年以來，GaN落地的應用場景在持續增多，比如在光伏和數據中心領域。在光伏領域，GaN功率器件高頻特性能夠大幅提高微型逆變器的功率密度，其次更低的導通損耗，能夠提高轉換效率，降低損耗，同時提高系統的可靠性和使用壽命。

相對而言，GaN在汽車上的進展顯得稍慢，除了在座艙內無線充電等場景應用外，其他車用場景包括OBC、主驅逆變器等目前還未有大規模應用GaN的案例出現。所以OBC上GaN器件，產業鏈上下游進展如何？

GaN在OBC上的應用優勢

從英飛凌的產品戰略路線圖也能夠看出，GaN實際上能夠大幅提高OBC的功率密度，這與GaN FET的高頻特性有關。GaN器件的開關速度比硅器件快得多，這意味著可以通過提高開關頻率，從而減小無源元件的尺寸，比如變壓器、電感和電容器等，進一步減少整體體積和重量。

根據TI的數據，使用其GaN功率器件可以實現超過500kHz 的 CLLLC 開關頻率和 120kHz 的 PFC 開關頻率，同時集成柵極驅動器簡化了系統級設計，使用GaN的OBC功率密度可以比使用SiC的OBC更高，系統轉換效率也高達96.5%。

有案例顯示，使用GaN的OBC方案能夠比SiC方案尺寸縮小60%，同時還實現比SiC高62%的開關頻率，因此能相比SiC擁有更高的功率密度和轉換效率。

GaN功率器件的低導通電阻，也是提高OBC系統效率的一環，比如在相同的結面積情況下，GaN的導通電阻僅有5mΩ/cm2, 硅的導通電阻為10mΩ/cm2。

理論上的性能優勢，讓各大企業都在推進GaN上車的計劃，而OBC由于不涉及到行駛安全，相比主驅的應用來說，失效帶來的風險較小，因此OBC也成為了目前GaN上車的首選。

大廠進場，GaN OBC進展加速

GaN上車其實在幾年前就成為了行業內頭部企業的主要目標之一。2021年納微半導體預測，一輛電動車中，潛在能夠應用到GaN的部件的市場機會超過250美元，到了2025年，電動汽車中，GaN功率芯片市場機會總值每年將有望超過25億美元。

而納微半導體也在2021年第四季度，在上海設立了第一個面向全球的電動汽車相關應用產品研發中心，開始布局OBC、主驅逆變器等領域的GaN應用，希望進軍汽車市場。

在各大GaN廠商的規劃中，GaN將會在400V平臺的車型上被應用到主驅逆變器、DC-DC、OBC等各個方面。包括早在2020年GaN Systems就展示了一款全GaN汽車，幾乎所有功率器件都采用了GaN，證明GaN在汽車功率轉換方面應用的可行性。

最早對外宣布在汽車上嘗試應用GaN的車企是寶馬集團。寶馬在2021年宣布與GaN Systems合作，就寶馬高性能車載標準的GaN功率半導體簽署了全面的產能協議，當時合作金額達1億美元。

英飛凌在2023年收購了GaN Systems，目前在英飛凌官網上可以看到GaN Systems在汽車領域的一些成功案例，比如電動汽車滑板底盤公司Canoo與GaN Systems合作的一款7.2kW電動汽車OBC，PFC峰值效率高達98.7%，合并效率也達到了96%。

海拉也采用了GaN Systems的器件推出了一款22kW的OBC，功率密度高達4kW/L，相比采用硅功率器件的OBC功率密度提高了3倍，能源效率也超過96%。

TI則早在2022年就展示了基于GaN器件的6.6kW OBC參考設計，該的參考設計PFC 工作頻率為 120kHz，而 CLLLC 在 200kHz 至 800kHz 的可變頻率范圍內運行。峰值系統效率為 96.5%，該數值在 3.8kW/L 開放式框架功率密度下實現。

更早之前，以色列的功率GaN公司VisIC也推出過一款6.7kW的車載OBC參考設計，功率密度接近3kW/L，負載范圍內充電效率超過96%。

去年GaN Systems未被收購前，在應用電力電子會議(APEC 2023)上發布了一款11kW/800V的GaN OBC參考設計，與現有的SiC OBC相比，這款參考設計功率密度提升了36%，BOM成本還能降低至少15%。這主要是由于采用了無橋圖騰柱功率因數校正結構和三階飛馳電容(Flying Capacitor)拓撲。

據稱三界飛馳電容拓撲中采用GaN器件可以達到極高的切換頻率，有效降低一半的電壓壓力，所以可以在800V電源系統中使用650V GaN器件。不過GaN Systems也提到這種新型的拓撲結構并不是公司獨創，而是還處于學術研究階段，公司克服了從實驗室到量產的障礙，讓OBC廠商可以盡快評估這種新型拓撲的應用潛力。

而近年來，確實已經有越來越多的OBC廠商開始與GaN廠商合作，開發在OBC、充電樁等領域的GaN應用。

寫在最后:

GaN在光伏微逆上的成功應用，相信會給OBC等車載領域市場使用GaN帶來更多的信心。按照汽車芯片大廠英飛凌的計劃，2025年會將GaN應用到OBC上，而實際落地的車型可能也已經離我們不遠了。