電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）最近，蔚來的NT3.0平臺(tái)和NT2.5平臺(tái)車型上，重新出現(xiàn)了OBC的身影。蔚來曾在2021年推出的NT2.0平臺(tái)上，全系車型取消了交流慢充口，僅保留直流快充口，當(dāng)然，也就不需要OBC了。

那么在蔚來今年上市的旗艦車型ET9，以及一系列NT2.5平臺(tái)車型上，又重新加入了交流充電的能力，再次引入了OBC。

拋開產(chǎn)品定義上的取舍，在OBC領(lǐng)域，近年隨著新的電路拓?fù)?，以及第三?a target="_blank">半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，OBC的功率密度也得到了顯著提升，體積和重量都相比以往更低，這對(duì)于電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)而言，可以更好地處理OBC這樣的部件的位置布局，降低對(duì)整車重量的影響。

OBC的單級(jí)拓?fù)溱厔?shì)

在電動(dòng)汽車上，OBC一般承擔(dān)AC-DC和DC-DC的功能，即整流和升降壓，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將電壓升壓至電池包充電所需的電壓。過去主流的OBC是采用PFC+DC-DC兩級(jí)式拓?fù)湓O(shè)計(jì)，因?yàn)樾枰?jīng)過兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)換，效率受到限制；其次是在電路上設(shè)計(jì)復(fù)雜，元器件數(shù)量多，導(dǎo)致體積和重量較高，同時(shí)物料成本也難以壓縮。

在今年1月，陽光電動(dòng)力推出的一款OBC就采用了單級(jí)拓?fù)浼軜?gòu)，僅需一次隔離變換，就能實(shí)現(xiàn)交流與直流雙向功率控制，有效精簡(jiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了提高效率，方案中還使用了GaN功率器件，在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)提高系統(tǒng)功率密度。

最終該OBC額定輸出功率6.6kW，DC-DC額定輸出3kW，全電壓充電效率為96.2%，峰值效率超過98%。相比傳統(tǒng)方案，OBC整機(jī)重量可減輕25%以上，功率密度提升65%，達(dá)6.1kW/L，使其更容易與車輛電氣系統(tǒng)集成，便于整車輕量化設(shè)計(jì)。

據(jù)陽光電動(dòng)力介紹，該OBC方案中融合了AI算法，基于諧振變換電路，進(jìn)行精確數(shù)學(xué)建模，獲得多目標(biāo)多自由度更優(yōu)控制策略，功率器件在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，損耗降低，系統(tǒng)效率顯著提升。內(nèi)部功率器件采用頂部散熱，降低熱阻；功率回路面積大幅縮小，提高系統(tǒng)集成度。

另外，通過電路設(shè)計(jì)和更先進(jìn)的控制策略，OBC能夠去除易受溫度、電壓波動(dòng)等因素影響的母線電解電容，消除器件壽命短板，整體使用壽命得到了顯著提升。

而特斯拉Cybertruck上的OBC同樣采用了單級(jí)拓?fù)洌辉俜譃镻FC和DC-DC兩級(jí)，不需要兩套功率橋和控制系統(tǒng)，而是采用四相CLLC/DAB單級(jí)架構(gòu)，直接完成AC到48V轉(zhuǎn)換。

CLLC諧振變換器和DAB移相控制結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的零電壓開關(guān)（ZVS）和 零電流開關(guān)（ZCS），大幅減少開關(guān)損耗，典型效率>97%，提高轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，四相交錯(cuò)并聯(lián)設(shè)計(jì)將功率分散到四個(gè)子模塊，降低單個(gè)模塊的熱應(yīng)力，降低散熱壓力。

同時(shí)在功率密度方面，CLLC可以采用第三代半導(dǎo)體等半導(dǎo)體器件，支持MHz級(jí)的開關(guān)頻率，能夠有效減小變壓器和電感體積。加上四相交錯(cuò)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化輸出電流紋波，減少濾波電容和電感的需求，進(jìn)一步壓縮OBC的整體空間。

第三代半導(dǎo)體陸續(xù)登錄OBC

隨著SiC的成本快速下降，目前SiC在OBC領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。不少國(guó)產(chǎn)SiC器件在積極打入新能源汽車市場(chǎng)，但主驅(qū)上應(yīng)用還需要長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證，而OBC不直接涉及行車安全，且運(yùn)行工況相對(duì)穩(wěn)定，所以O(shè)BC也是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)SiC器件的一個(gè)重要市場(chǎng)。

從英飛凌此前的OBC產(chǎn)品戰(zhàn)略路線來看，SiC在2024年大范圍應(yīng)用到OBC上，將OBC功率密度提升至4kW/L，而在2025年，GaN將會(huì)開始推進(jìn)OBC的應(yīng)用，將功率密度進(jìn)一步提升至6kW/L以上。

而這個(gè)趨勢(shì)，是新能源汽車高電壓的趨勢(shì)，以及車身空間對(duì)OBC體積的要求不斷提高而促成的。隨著電動(dòng)汽車的電池容量增大，傳統(tǒng)7kW以下的OBC已經(jīng)無法滿足需求。因此目前已經(jīng)有廠商正在開發(fā)11kW至22kW功率的OBC，用于大電池的純電車型。

功率增大，OBC的體積自然也會(huì)相應(yīng)增大，但在汽車上寸土寸金的空間中，如何提高OBC功率密度，降低OBC的體積，也是關(guān)鍵之一。另外還要在支持11kW至22kW的功率同時(shí)，還要支持800V以上的電池電壓、支持雙向輸出等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，散熱管理、器件成本、電磁兼容性等都是大功率OBC需要面對(duì)的問題。

為了進(jìn)一步優(yōu)化電動(dòng)汽車的能耗，OBC的轉(zhuǎn)換效率也非常關(guān)鍵。而根據(jù)TI的數(shù)據(jù)，使用其GaN功率器件可以實(shí)現(xiàn)超過500kHz的CLLLC開關(guān)頻率和120kHz的PFC開關(guān)頻率，同時(shí)集成柵極驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)化了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，使用GaN的OBC功率密度可以比使用SiC的OBC更高，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率也高達(dá)96.5%。

因此，GaN正在成為OBC的選擇。長(zhǎng)安汽車在今年推出的啟源E07上，搭載了全球首發(fā)的GaN OBC，官方數(shù)據(jù)顯示，該OBC體積功率密度達(dá)到6kW/L，充電效率和供電效率高達(dá)96%，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均為行業(yè)最高（截至2024年10月）。據(jù)了解，啟源E07上搭載的GaN OBC采用了納微半導(dǎo)體的高功率GaNSafe 功率IC。

長(zhǎng)安汽車表示，采用GaN OBC后，整車生命周期可累計(jì)為用戶節(jié)省約1563元充電費(fèi)用，增加約10000公里續(xù)航里程。

小結(jié)：

單級(jí)拓?fù)渫ㄟ^整合功能、高頻化設(shè)計(jì)和SiC/GaN應(yīng)用，在效率、功率密度、成本等方面都相比以往的兩級(jí)拓?fù)涓袃?yōu)勢(shì)。盡管還面臨控制復(fù)雜度等挑戰(zhàn)，但隨著第三代半導(dǎo)體器件普及和數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)步，單級(jí)拓?fù)鋵⒃?025年后成為下一代OBC的核心方向。