北(bei)京2021年6月21日 /美通社(she)/ -- 當充電樁(zhuang)在2020年被列入(ru)新基建的(de)(de)七大項目(mu)之中時，人們似乎看到(dao)了(le)一個萬(wan)億(yi)元的(de)(de)市(shi)場即將被撬(qiao)動，隨之超過(guo)26個省市(shi)密集出臺了(le)50余項與充電設施相(xiang)關的(de)(de)政策。但現實是(shi)，根據(ju)(ju)智研咨詢提供的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)顯(xian)示，在過(guo)去的(de)(de)一年里(li)充電樁(zhuang)的(de)(de)出貨量雖有明顯(xian)上升（從12萬(wan)到(dao)近30萬(wan)），卻未出現期望中的(de)(de)井(jing)噴。
市場(chang)的(de)發(fa)展未能盡(jin)如人意，固(gu)然有(you)各(ge)方利益協調的(de)問(wen)題(ti)，但是從技術的(de)角度來看(kan)也存在著(zhu)各(ge)種阻礙因素，其中最亟需解決的(de)是對于(yu)用戶的(de)充電體(ti)驗至為重(zhong)要的(de)充電時間，此外則是充電樁信(xin)息的(de)實時交互問(wen)題(ti)，而這些都聚焦于(yu)大功率直流充電樁。
焦慮的充電進行時
為(wei)了解(jie)決(jue)電動汽車的(de)(de)(de)充(chong)電焦(jiao)慮問(wen)題，更(geng)快的(de)(de)(de)充(chong)電速度(du)成(cheng)為(wei)快充(chong)站的(de)(de)(de)明確要求，實(shi)現充(chong)電5分鐘(zhong)，行(xing)駛200公里會成(cheng)為(wei)行(xing)業的(de)(de)(de)普(pu)遍要求。充(chong)電樁的(de)(de)(de)直流模塊(kuai)可以(yi)通(tong)過提高(gao)功(gong)率密度(du)和提高(gao)充(chong)電電壓兩個方(fang)向升(sheng)級，前者(zhe)需要高(gao)性能(neng)實(shi)時(shi)(shi)微控(kong)制(zhi)器(qi)和支持更(geng)高(gao)開關頻(pin)率的(de)(de)(de)功(gong)率器(qi)件(jian)(jian)，而(er)后者(zhe)需要的(de)(de)(de)是功(gong)率器(qi)件(jian)(jian)更(geng)高(gao)耐壓以(yi)及更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)轉換效(xiao)率，第(di)三代(dai)寬禁帶半(ban)導體(ti)功(gong)率器(qi)件(jian)(jian)將會是很(hen)好(hao)的(de)(de)(de)選擇。而(er)且(qie)隨著(zhu)第(di)三代(dai)半(ban)導體(ti)開關頻(pin)率的(de)(de)(de)提高(gao)，需要更(geng)復雜的(de)(de)(de)電源(yuan)拓(tuo)撲和控(kong)制(zhi)算法，因此對(dui)于(yu)實(shi)時(shi)(shi)控(kong)制(zhi)器(qi)的(de)(de)(de)需求也進一(yi)步提高(gao)。
提(ti)到(dao)直(zhi)流充電(dian)樁的(de)(de)(de)主控(kong)部分，就必須提(ti)到(dao)市場上占據份額較高的(de)(de)(de)德州儀器(qi)(TI)C2000?微(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)。事實上，C2000微(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)在(zai)中國市場久(jiu)負(fu)盛名，早已廣(guang)泛用(yong)于(yu)(yu)電(dian)力電(dian)子控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)領域(yu)，并在(zai)工業和汽車應用(yong)中提(ti)供高級數字信號處(chu)理。在(zai)過(guo)去20多年間C2000微(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)一直(zhi)處(chu)于(yu)(yu)模數控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)革命的(de)(de)(de)前沿(yan)，經(jing)過(guo)不斷發(fa)展，現在(zai)的(de)(de)(de)第三代性能更為出色：擁有(you)更強的(de)(de)(de)運算能力、更豐富的(de)(de)(de)外設資源(yuan)。
C2000微控制器實施控制器由于內置C28x數學優化型內核，具有微控制器和數字信號處理器雙重優勢。通過各種高效率計算內核，C2000微控制器可實現微(wei)秒級環路計算時間。比如在雙向高密度GaN CCM圖騰柱PFC中，利用TMU，C2000微控制器可以將PWM計算從10微(wei)秒減少到0.5微秒以下，確(que)保逐個周期進行自適(shi)應(ying)死區計算，從而(er)對(dui)GaN FET進行最精確(que)和高(gao)效的控制。
集成更高(gao)(gao)(gao)級的外設，是C2000微(wei)控制器滿足(zu)復雜(za)拓撲(pu)結(jie)構的另一大優(you)勢。通過集成3.6M SPS采(cai)樣率(lv)，12 位(wei)至 16 位(wei)分辨(bian)率(lv)的ADC，實現(xian)更高(gao)(gao)(gao)速(su)的電流采(cai)樣和電壓采(cai)樣；還有150ps分辨(bian)率(lv)的PWM，這樣就可以(yi)滿足(zu)第三代半導體更高(gao)(gao)(gao)的開關頻率(lv)，實現(xian)高(gao)(gao)(gao)動態特性(xing)的充電模塊并顯著提高(gao)(gao)(gao)效率(lv)、降(jiang)低尺寸(cun)。
為(wei)了(le)追(zhui)求更高的(de)(de)效率(lv)而(er)增(zeng)加總線電(dian)壓(ya)時，復(fu)雜的(de)(de)多電(dian)平拓撲(pu)(pu)變(bian)(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)普遍。 NPC和ANPC拓撲(pu)(pu)是(shi)(shi)雙向PFC /逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)最(zui)受歡迎的(de)(de)兩種(zhong)拓撲(pu)(pu)，它們可以(yi)(yi)(yi)將開關(guan)設備上(shang)的(de)(de)電(dian)壓(ya)應力限制(zhi)為(wei)總線電(dian)壓(ya)的(de)(de)一(yi)半(ban)。但(dan)是(shi)(shi)，這些拓撲(pu)(pu)需要來(lai)自MCU的(de)(de)更多PWM通(tong)道，并且還需要一(yi)種(zhong)特(te)殊的(de)(de)保護方案以(yi)(yi)(yi)在(zai)任何停機期間維持電(dian)源開關(guan)兩端的(de)(de)電(dian)壓(ya)平衡。C2000微控制(zhi)器(qi)第三代(dai)器(qi)件提(ti)供(gong)了(le)獨特(te)的(de)(de)可配置邏輯(ji)塊(CLB)，可實(shi)現板載(zai)故障保護方案，以(yi)(yi)(yi)確保在(zai)所有(you)工(gong)作條件下均提(ti)供(gong)實(shi)時保護，而(er)無需任何外部(bu)邏輯(ji)電(dian)路，類似于FPGAs / CPLDs一(yi)樣靈活。例如TIDA-010210 6.6kW 三相三級 ANPC 逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)/PFC 雙向功率(lv)級參考設計中(zhong)所呈現。
另一方面，針對快速充電樁高效率、高功率密度的電力電子和非常高的功率密度的設計目標，第三代半導體（包括SiC、GaN等）成為市(shi)場(chang)上冉(ran)冉(ran)升起(qi)的新星，是實(shi)現碳達峰、碳中和(he)的最重要的半導體技(ji)術。相(xiang)比此前兩代，具有禁帶寬度大、擊(ji)穿電場(chang)高、熱(re)導率(lv)大、電子飽和(he)漂移(yi)速度高、介電常數小等獨(du)特的性(xing)能(neng)(neng)，因此可以減少(shao)系(xi)(xi)統散熱(re)成本(ben)及無源(yuan)器件(jian)尺(chi)寸，可以提供更(geng)高能(neng)(neng)效或更(geng)高功率(lv)密度，并且降低系(xi)(xi)統總成本(ben)。
SiC由于推出時(shi)間(jian)早(zao)，用戶覆蓋面更廣(guang)。不過(guo)“SiC和GaN究竟孰優(you)孰劣目前(qian)下結(jie)論還為時(shi)尚早(zao)，如(ru)果長期來(lai)(lai)看，硅基GaN在(zai)成本方面的(de)(de)下降空間(jian)會(hui)更大。”德(de)州儀(yi)器華北區技術支持經(jing)理付楊(yang)表示。無論如(ru)何，未來(lai)(lai)隨(sui)著第三代半導(dao)體在(zai)工藝上的(de)(de)成熟度(du)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)提高，整體成本優(you)勢(shi)會(hui)更加凸顯。
TI在這兩個方向上均有布局，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。而TI在GaN上的布局則可追溯到2010年，2017年與西門子推出了首個10千瓦連接云電網的轉換器。而且通過不斷嘗試新架構，使GaN適應更廣的電壓范圍，比如800V、1000V（可參考），這也為(wei)將來在(zai)充電(dian)樁上(shang)看到GaN的(de)(de)身影帶來了(le)更大的(de)(de)可(ke)能性(xing)(xing)。為(wei)了(le)保證高(gao)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)，TI已(yi)經針(zhen)對GaN FET進行了(le)4000多萬小時的(de)(de)器件可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)測試和超(chao)過(guo)5 GWh的(de)(de)功(gong)率轉換應用(yong)測試。同(tong)時，為(wei)了(le)進一(yi)步提高(gao)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)和集成度，TI推出了(le)GaN與驅(qu)動(dong)集成的(de)(de)器件。更為(wei)亮眼的(de)(de)是(shi)，TI在(zai)GaN方面擁有自己的(de)(de)工(gong)藝(yi)和工(gong)廠，因此可(ke)以確保產品品質和供應的(de)(de)穩定性(xing)(xing)保障(zhang)。
在充電(dian)(dian)時長之外，用(yong)(yong)戶最痛(tong)苦的(de)(de)莫過于需要充電(dian)(dian)時無法確知(zhi)前(qian)方充電(dian)(dian)樁的(de)(de)使用(yong)(yong)情(qing)況(kuang)，這(zhe)就需要利(li)用(yong)(yong)安(an)全(quan)的(de)(de)無線連(lian)接(jie)技(ji)術遠(yuan)(yuan)程接(jie)入和控制。TI可以提供(gong)從短距離近(jin)場通(tong)訊（身份(fen)識(shi)別、信(xin)(xin)息保護）到遠(yuan)(yuan)距離私有(you)協議(yi)通(tong)信(xin)(xin)等各類安(an)全(quan)無線連(lian)接(jie)產品，還(huan)可兼容常用(yong)(yong)的(de)(de)BLE、WiFi通(tong)訊技(ji)術。這(zhe)些就可以讓充電(dian)(dian)樁實時更新(xin)狀態(tai)，用(yong)(yong)戶得知(zhi)它(ta)的(de)(de)使用(yong)(yong)情(qing)況(kuang)。
數(shu)據(ju)安全(quan)是用戶和(he)運(yun)營商都越來越看(kan)重的，因此解決方案要求(qiu)提供安全(quan)的身份鑒權、數(shu)據(ju)通信(xin)等功能。在(zai)WiFi產(chan)品上(shang)，TI很早(zao)以前(qian)就加入了信(xin)息安全(quan)保護機制，比如針對外置Flash的數(shu)據(ju)完整性進(jin)行驗證，防止非授權訪問和(he)保護敏感(gan)數(shu)據(ju)，以及完善(shan)加密通道、密鑰(yao)管理(li)等安全(quan)機制。
需要的更多
實際上，一(yi)個更(geng)安全、更(geng)智能、更(geng)快(kuai)速的(de)(de)(de)(de)充電樁涉及到(dao)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術遠不止以上所提(ti)到(dao)的(de)(de)(de)(de)。比如，超級充電樁由(you)于是(shi)大(da)功率高壓(ya)戶(hu)外場景，具有(you)特殊的(de)(de)(de)(de)安全和可(ke)靠性要求(qiu)，因此在這種場景下使用的(de)(de)(de)(de)隔(ge)離(li)器件(jian)(jian)、柵極(ji)器件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)穩定性和智能化(hua)，對功率器件(jian)(jian)做出的(de)(de)(de)(de)保護，是(shi)直流模塊能否(fou)以更(geng)安全的(de)(de)(de)(de)狀態(tai)運行的(de)(de)(de)(de)前提(ti)條件(jian)(jian)。
據德(de)州儀(yi)器華北(bei)區技術(shu)(shu)支(zhi)持經理付楊介紹，TI正在(zai)進行各(ge)個方面的創(chuang)新研究來應對充(chong)電(dian)樁(zhuang)市場的種(zhong)種(zhong)挑戰，其中之一便是如何以更加智能的充(chong)電(dian)樁(zhuang)來改善用戶體(ti)驗，這將(jiang)需(xu)要借(jie)助邊緣計算和AI技術(shu)(shu)。
而(er)在(zai)(zai)傳統的(de)(de)產品方(fang)面(mian)(mian)，也(ye)是在(zai)(zai)有條(tiao)不紊地推進(jin)。比如(ru)TI高集(ji)成(cheng)度的(de)(de)下(xia)一(yi)代電源(yuan)產品，將(jiang)電流采樣和(he)隔離、隔離電源(yuan)管理芯片，集(ji)成(cheng)在(zai)(zai)一(yi)顆更小的(de)(de)芯片中，幫客戶(hu)節省PCB面(mian)(mian)積(ji)和(he)成(cheng)本(ben)；以及(ji)在(zai)(zai)現有的(de)(de)硅器(qi)件的(de)(de)基礎上，通過更復雜的(de)(de)拓(tuo)撲，在(zai)(zai)沒有使用更高級的(de)(de)功率器(qi)件的(de)(de)情況下(xia)實現更高功率密度……
在擁有先進的(de)技術之外(wai)，TI針對不同(tong)的(de)用戶和(he)需求，提供多產品線、不同(tong)的(de)合作方式，最關鍵的(de)是(shi)，作為(wei)一(yi)家已深(shen)耕(geng)中(zhong)國(guo)三十五(wu)年的(de)有企業(ye)社(she)會責任的(de)企業(ye)，愿意通過全面(mian)的(de)本地(di)支持，來(lai)幫助中(zhong)國(guo)企業(ye)成(cheng)功，融入到中(zhong)國(guo)信(xin)息產業(ye)發展的(de)大(da)潮中(zhong)。
2021年(nian)，與碳達峰、碳中和被首次寫入《政府工作報告》的，還有“增加停車場、充電樁、換電站等設施，加快建設動力電池回收利用體系。”據工信部于2019年末發布《新能源汽車產業發展規劃（2021~2035）》征求意見稿，預計2030年我國新能源汽車保有量將達到6420萬輛。即使車樁比不能實現1:1，也意味著未來充電樁市場必將實現飛躍式發展。順潮流而動并能立于潮頭的秘訣是尋找到能夠一步一個腳印，踏踏實實靜下心來一個問題一個問題來解決的合作伙伴。一直以來，TI都堅持如此，并致力于創造更好的未來。TI將始終如一，與大家攜手迎接未來挑戰。
