摘要：电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近，蔚来的NT3.0平台和NT2.5平台车型上，重新出现了OBC的身影。蔚来曾在2021年推出的NT2.0平台上，全系车型取消了交流慢充口，仅保留直流快充口，当然，也就不需要OBC了。
电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近，蔚来的NT3.0平台和NT2.5平台车型上，重新出现了OBC的身影。蔚来曾在2021年推出的NT2.0平台上，全系车型取消了交流慢充口，仅保留直流快充口，当然，也就不需要OBC了。
那么在蔚来今年上市的旗舰车型ET9，以及一系列NT2.5平台车型上，又重新加入了交流充电的能力，再次引入了OBC。
抛开产品定义上的取舍，在OBC领域，近年随着新的电路拓扑，以及第三代半导体器件的广泛应用，OBC的功率密度也得到了显著提升，体积和重量都相比以往更低，这对于电动汽车设计而言，可以更好地处理OBC这样的部件的位置布局，降低对整车重量的影响。
在电动汽车上，OBC一般承担AC-DC和DC-DC的功能，即整流和升降压，将输入的交流电转换为直流电，再将电压升压至电池包充电所需的电压。过去主流的OBC是采用PFC+DC-DC两级式拓扑设计，因为需要经过两个阶段的转换，效率受到限制；其次是在电路上设计复杂，元器件数量多，导致体积和重量较高，同时物料成本也难以压缩。
在今年1月，阳光电动力推出的一款OBC就采用了单级拓扑架构，仅需一次隔离变换，就能实现交流与直流双向功率控制，有效精简系统设计。为了提高效率，方案中还使用了GaN功率器件，在提高转换效率的同时提高系统功率密度。
最终该OBC额定输出功率6.6kW，DC-DC额定输出3kW，全电压充电效率为96.2%，峰值效率超过98%。相比传统方案，OBC整机重量可减轻25%以上，功率密度提升65%，达6.1kW/L，使其更容易与车辆电气系统集成，便于整车轻量化设计。
据阳光电动力介绍，该OBC方案中融合了AI算法，基于谐振变换电路，进行精确数学建模，获得多目标多自由度更优控制策略，功率器件在全范围内实现软开关，损耗降低，系统效率显著提升。内部功率器件采用顶部散热，降低热阻；功率回路面积大幅缩小，提高系统集成度。
另外，通过电路设计和更先进的控制策略，OBC能够去除易受温度、电压波动等因素影响的母线电解电容，消除器件寿命短板，整体使用寿命得到了显著提升。
而特斯拉Cybertruck上的OBC同样采用了单级拓扑，不再分为PFC和DC-DC两级，不需要两套功率桥和控制系统，而是采用四相CLLC/DAB单级架构，直接完成AC到48V转换。
CLLC谐振变换器和DAB移相控制结合，可以实现全负载范围内的零电压开关（ZVS）和 零电流开关（ZCS），大幅减少开关损耗，典型效率>97%，提高转换效率。同时，四相交错并联设计将功率分散到四个子模块，降低单个模块的热应力，降低散热压力。
同时在功率密度方面，CLLC可以采用第三代半导体等半导体器件，支持MHz级的开关频率，能够有效减小变压器和电感体积。加上四相交错并联的结构，优化输出电流纹波，减少滤波电容和电感的需求，进一步压缩OBC的整体空间。
随着SiC的成本快速下降，目前SiC在OBC领域已经被广泛应用。不少国产SiC器件在积极打入新能源汽车市场，但主驱上应用还需要长时间的验证，而OBC不直接涉及行车安全，且运行工况相对稳定，所以OBC也是当前国产SiC器件的一个重要市场。
从英飞凌此前的OBC产品战略路线来看，SiC在2024年大范围应用到OBC上，将OBC功率密度提升至4kW/L，而在2025年，GaN将会开始推进OBC的应用，将功率密度进一步提升至6kW/L以上。
而这个趋势，是新能源汽车高电压的趋势，以及车身空间对OBC体积的要求不断提高而促成的。随着电动汽车的电池容量增大，传统7kW以下的OBC已经无法满足需求。因此目前已经有厂商正在开发11kW至22kW功率的OBC，用于大电池的纯电车型。
功率增大，OBC的体积自然也会相应增大，但在汽车上寸土寸金的空间中，如何提高OBC功率密度，降低OBC的体积，也是关键之一。另外还要在支持11kW至22kW的功率同时，还要支持800V以上的电池电压、支持双向输出等功能。在实际应用中，散热管理、器件成本、电磁兼容性等都是大功率OBC需要面对的问题。
为了进一步优化电动汽车的能耗，OBC的转换效率也非常关键。而根据TI的数据，使用其GaN功率器件可以实现超过500kHz的CLLLC开关频率和120kHz的PFC开关频率，同时集成栅极驱动器简化了系统级设计，使用GaN的OBC功率密度可以比使用SiC的OBC更高，系统转换效率也高达96.5%。
因此，GaN正在成为OBC的选择。长安汽车在今年推出的启源E07上，搭载了全球首发的GaN OBC，官方数据显示，该OBC体积功率密度达到6kW/L，充电效率和供电效率高达96%，各项数据均为行业最高（截至2024年10月）。据了解，启源E07上搭载的GaN OBC采用了纳微半导体的高功率GaNSafe 功率IC。
长安汽车表示，采用GaN OBC后，整车生命周期可累计为用户节省约1563元充电费用，增加约10000公里续航里程。
单级拓扑通过整合功能、高频化设计和SiC/GaN应用，在效率、功率密度、成本等方面都相比以往的两级拓扑更有优势。尽管还面临控制复杂度等挑战，但随着第三代半导体器件普及和数字控制技术进步，单级拓扑将在2025年后成为下一代OBC的核心方向。
来源：核芯产业观察