前言

在中國，新能源電動汽車市場已經(jīng)進入了高速發(fā)展期。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月底，我國新能源汽車保有量已達2472萬輛[1]。然而與電動汽車的需求增速相比形成巨大反差的是，作為電動汽車推廣“最后一公里”的充電設施，其配套程度卻尚未達到理想水平，充電站和充電樁設施的能源效率也有進一步的提升空間。

因此，這些都使得新能源電車充電站在技術創(chuàng)新和應用能效方面都需要變革和轉型，既可以考慮讓更多光伏儲能充電一體化系統(tǒng)投入使用，也需要更多創(chuàng)新的功率半導體器件和IC芯片擔當充電設施系統(tǒng)內(nèi)核，從而有效解決充電站建設與運轉所面臨的挑戰(zhàn)，并讓廣大新能源電動汽車用戶獲益。

市場與政策雙重加持

“光儲充”將成為新生代交通基礎設施

根據(jù)工信部規(guī)劃，到2025年，我國將實現(xiàn)電動汽車與充電樁設施數(shù)量的車樁比2:1，2030年實現(xiàn)車樁比1:1[2]。由此可見，在新能源電動汽車用戶需求高速增長的前提下，我國充電基礎設施建設也已經(jīng)進入快速發(fā)展階段，并且將不斷提速。而“光儲充”一體化充電站，作為新能源汽車與可再生能源產(chǎn)業(yè)深入融合的切入點，也成為了發(fā)展迅速的產(chǎn)業(yè)新興賽道。

“光儲充”一體化是通過配置光伏、儲能系統(tǒng)實現(xiàn)“削峰填谷”，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，最后通過充電樁為新能源車提供清潔電能，能有效解決傳統(tǒng)充電樁用電對局域電網(wǎng)的沖擊。與此同時，傳統(tǒng)充電樁消耗的電能始于發(fā)電廠，而發(fā)電廠產(chǎn)生的電能大多來源于化石燃料的燃燒，與光伏充電樁相比，其能源并非是清潔無污染的。光伏充電樁的大規(guī)模建設，不僅能夠滿足國內(nèi)電動汽車充電業(yè)務的需要，也能促進我國的經(jīng)濟能源轉型，保護我們賴以生存的環(huán)境，在可持續(xù)發(fā)展上具有深遠的意義。

光儲充一體站的工作運行原理就是根據(jù)車輛的充電行為和光伏出力，制定日前運行策略。在一體化充電站內(nèi)，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能首先滿足充電站需求，當不滿足負荷需求時，儲能系統(tǒng)放電，若仍不能滿足，則從電網(wǎng)購電（一般是在夜間使用波谷電價）；當光伏出力過剩時，可將過剩的電能給儲能系統(tǒng)充電，也可以向電網(wǎng)售電，從而獲得一定的收益。儲能隨著光伏發(fā)電及電價情況靈活調整充放電方式，減少充電樁的峰谷差，實現(xiàn)耦合增效，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和清潔性。“光儲充”的電站應用場景大致可以分為三類：城市充電站、高速服務區(qū)、工業(yè)園區(qū)。

光儲充一體化充電站在市場需求方面可以說是“應運而生”。國家在政策端對“光儲充”一體化充電站建設同樣一直保持在高度關注和鼓勵態(tài)勢，并且近年來在政策推動的力度上，可謂“層層加碼”：

2020年11月，國務院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》，其中明確提出，鼓勵“光儲充放”多功能綜合一體站的建設。新能源汽車“光儲充”一體化充電站開始在電動汽車充電基礎設施建設發(fā)展中引發(fā)關注和重視[3]。

2022年1月，國家發(fā)改委等十部門印發(fā)《關于進一步提升電動汽車充電基礎設施服務保障能力的實施意見》，文件提出，積極推進試點示范，探索單位和園區(qū)內(nèi)部充電設施開展“光儲充放”一體化試點應用。得益于政策推動，2022年以來，有多個城市、多家企業(yè)活躍在“光儲充”一體化電站建設中[4]。

2023年，國務院辦公廳發(fā)布的《關于進一步構建高質量充電基礎設施體系的指導意見》中提出，充分發(fā)揮新能源汽車在電化學儲能體系中的重要作用，加強電動汽車和電網(wǎng)能量互動[5]。產(chǎn)業(yè)開始推崇V2G（Vehicle to Grid）理念，在一體化充電站應用過程中，更加注重實現(xiàn)新能源汽車與電網(wǎng)運營服務相互間的優(yōu)化效應。

2024年4月，國家能源局發(fā)布的《關于促進新型儲能并網(wǎng)和調度運用的通知》中提出，電力調度機構應根據(jù)系統(tǒng)需求，制定新型儲能調度運行規(guī)程，科學確定新型儲能調度運行方式，公平調用新型儲能調節(jié)資源。積極支持新能源+儲能、聚合儲能、光儲充一體化等聯(lián)合調用模式發(fā)展，優(yōu)先調用新型儲能試點示范項目，充分發(fā)揮各類儲能價值[6]。

高性能、高效率半導體芯片

構成領先“光儲充”解決方案

伴隨著在市場規(guī)模和用戶需求方面的持續(xù)上升，更多的“光儲充”一體化系統(tǒng)投入使用，使得相應設施的能源轉換和利用效率不斷提高。而在光伏等可再生能源領域，半導體功率器件和IC芯片是可再生能源轉換、存儲和管理的關鍵部件，這些器件對于提高可再生能源系統(tǒng)的效率、可靠性和性能至關重要，尤其是新型寬禁帶半導體材料，如：碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的開發(fā)，為可再生能源應用開辟了新的可能性。這些材料比傳統(tǒng)的硅基半導體具有更加優(yōu)越的性能，能夠在更高的溫度、電壓和頻率下工作。這一進步助力更緊湊、高效和穩(wěn)健的能源系統(tǒng)得以實現(xiàn)，有利于滿足“光儲充”一體化充電站這類可再生能源基礎設施規(guī)模不斷增長的需求。

“光儲充”系統(tǒng)主要構成的三大部分是光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能集成系統(tǒng)和充電樁，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉換效率、儲能的電池循環(huán)性能和充電樁的系統(tǒng)效率，直接決定了“光儲充”系統(tǒng)的整體性能和效率。

針對于“光儲充”系統(tǒng)這種典型的可再生能源應用場景，安世半導體所提供的解決方案可用于光伏逆變器、儲能變流器和EV充電樁三大板塊，其中主功率變換、輔助電源、柵極驅動和保護、信號處理和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，安世半導體均能提供多樣化選擇，滿足不同應用需求。

近期，安世半導體成功推出了多款半導體IC芯片，進一步豐富了其光儲充一體化系統(tǒng)的解決方案，鞏固了其方案解決商的能力。

安世半導體的NGD4300 120 V半橋柵極驅動器系列產(chǎn)品，可以用于包括逆變器/用戶儲能系統(tǒng)/充電樁等應用場景，控制器支持更短的傳輸延時，為提高系統(tǒng)的魯棒性，提供了包括SOI層等在內(nèi)的改善設計。在具體性能方面，NGD4300的輸入電平瞬態(tài)耐負壓可達-10 V，為電路提供了高可靠性；并且能夠實現(xiàn)13 ns通道延遲、1 ns通道間延遲誤差水平的快速瞬態(tài)響應能力；同時因為其能夠以4 A驅動提升開關速度和0.7 mA的IDDbbO/IHBO工作電流，從而使電路擁有更高效率。

圖注：NGD4300半橋柵極驅動器即便在-13 V的負壓下，其高/低輸入電平仍然能保持穩(wěn)定、出色的工作狀態(tài)。

安世半導體的NEX80806 AC/DC反激式控制器適用于光儲電源系統(tǒng)的輔助供電模塊，例如逆變器多個位置的反激輔助電源設計。NEX80806針對工業(yè)應用進行了多項芯片設計優(yōu)化，其中有工業(yè)版本可以向客戶提供線電壓過壓保護功能，實時的監(jiān)控輸入電壓，使輔助電源免受電壓波動的損傷；NEX80806還使用了先進的倒封（Flip Chip）封裝工藝，有效的降低了芯片熱阻，為工業(yè)應用提供了熱冗余。與競品相比，在相同的IC OTP保護閾值下，NEX80806系列產(chǎn)品將可以容忍的系統(tǒng)環(huán)境溫度提高了20 ℃以上。

安世半導體的NXF650x驅動器變壓器非常適合于需要高效率和低EMI干擾應用場景。該產(chǎn)品具備低RON和高輸出（例如NXF6501可實現(xiàn)1.2 A電流，市面上同類產(chǎn)品一般為350 mA）驅動，可實現(xiàn)系統(tǒng)高效率；其具備其他競品不具備的故障安全輸入保護能力，能夠防止反向供電，并允許任何階次上電；能將EMI干擾降至更低超低輻射水平，達到或超過CISPR25 5級和CISPR32 B級。

除此之外，安世半導體還針對邏輯器件推出了最新的SOT8065封裝技術，幫助器件實現(xiàn)高效的邏輯控制和信號轉換能力。與含鉛封裝相比，SOT8065封裝通過減少PCB面積來最大限度地節(jié)省應用成本；該封裝提供側邊可濕焊盤(SWF)，可實現(xiàn)自動光學檢測；該封裝提供所有流行的電壓系列，可用于緩沖器、逆變器、門電路、開關、觸發(fā)器和轉換器等。

晶體管、二極管等功率器件諸多優(yōu)勢

促進“光儲充”水平提升

從功率器件來看，安世半導體在“光儲充”系統(tǒng)解決方案中采用的業(yè)界領先產(chǎn)品，包括GaN HEMT高電子遷移率晶體管、SiC MOSFET、SiC二極管、IGBT和中低壓MOSFET等功率半導體器件，極大地促進了“光儲充”系統(tǒng)實現(xiàn)更高的性能水平。

其中，GaN FETs器件具有高臨界電場強度、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點，能夠在電源轉換拓撲中，實現(xiàn)最高的轉化能效和功率密度，最低的功耗/開關損失和系統(tǒng)成本，非常適合于在光伏逆變器、儲能系統(tǒng)等高性能功率變換方面的應用。

目前，安世半導體是業(yè)內(nèi)唯一可同時提供級聯(lián)型（D-mode，Cascode）和增強型（E-mode）兩種類型GaN FETs器件的供應商，并且獨家提供擁有最佳散熱性能CCPAK封裝的650 V GaN FETs產(chǎn)品，可直接將“光儲充”整個系統(tǒng)的轉化能效提高至99%以上，開關頻率的理想值可提升至1 Mhz以上，同時其CCPAK封裝相較于競品的GaN FETs產(chǎn)品擁有更高的可靠性。此外，安世半導體的GaN FETs器件還具備較低的反向恢復電荷（Qrr）、卓越的溫度穩(wěn)定性和優(yōu)異的反向續(xù)流能力等多個技術領先優(yōu)勢，進一步鞏固了其市場競爭力。

當下，為了克服電車續(xù)航里程和充電速度上的兩大短板，電動汽車行業(yè)正加速從400 V轉向800 V的電池系統(tǒng)，在這樣的轉變下，SiC幾乎是唯一且完美的選擇。而800 V電壓系統(tǒng)就需要1200 V的耐壓功率芯片，所以1200 V的SiC功率器件是業(yè)界共同的發(fā)力方向。目前安世半導體已成功研發(fā)出具有性能優(yōu)異的1200 V SiC MOSFET，主要分為兩大類：一類是采用3引腳和4引腳TO-247封裝的SiC MOSFET，另一類是采用越來越受歡迎的D2PAK-7表面貼裝器件(SMD)封裝的NSF0xx120D7A0系列SiC MOSFET產(chǎn)品。

安世半導體的SiC MOSFET器件具有優(yōu)異的導通電阻隨結溫上升的穩(wěn)定性、綜合品質因數(shù)FoM和閾值電壓穩(wěn)定性，并且相比于競品能實現(xiàn)較低的體二極管正向壓降，其更小的門極電荷比可以降低器件由于噪聲導致的錯誤開通的概率。安世半導體的SiC MOSFET器件由于具備更高的開關頻率，因此可以選擇使用更小的磁性器件（比如電感器），降低磁性器件的成本和體積，還可以使得開關損耗更小，從而降低系統(tǒng)發(fā)熱。在一些高母線電壓的應用如光伏逆變器中，采用擁有更高耐壓的SiC MOSFET可以簡化拓撲，提高效率，減少器件數(shù)量和系統(tǒng)成本。憑借這些卓越的工作參數(shù)和特性優(yōu)勢，安世半導體的SiC MOSFET大大提高了光伏、工業(yè)電源開關及汽車應用的安全性、穩(wěn)健性和可靠性標準，從而可以滿足電動汽車OBC、充電樁、不間斷電源以及太陽能和儲能系統(tǒng)等多個汽車和工業(yè)應用市場。

工業(yè)應用往往伴隨著大電流，當然可以采用功率模塊的方式進行對應。但因為功率模塊價格高昂，大部分情況下，仍然采用多管并聯(lián)的方案。VGS(th)是在進行多管并聯(lián)時影響動態(tài)均流重要的參數(shù)之一。安世半導體的SiC MOSFET具有業(yè)界領先的VGS(th)穩(wěn)定性，減少由于VGS(th)不一致所造成的電流變化不均勻從而導致單個器件承受較大的電流應力，以及后續(xù)潛在的壽命和失效問題。

安世半導體的650 V IGBT產(chǎn)品能夠實現(xiàn)低VCESAT以及開關損耗，參數(shù)穩(wěn)定誤差小，易于并聯(lián)使用。該產(chǎn)品同樣具有優(yōu)秀的反向恢復能力，并能夠在工作溫度下達到更低的正向壓降，同時擁有優(yōu)異的電流能力，滿足業(yè)界的RoHS和無鉛標準。

和競品相比，安世半導體的650 V IGBT具備優(yōu)化的EOFF特性和更溫和的電磁干擾，在尖峰電壓方面可以提供更大的安全裕量，并具有優(yōu)異的熱性能和系統(tǒng)效率。

安世半導體的SiC二極管產(chǎn)品具備超低正向壓降和優(yōu)秀的反向恢復能力，其開關特性受溫度影響小，并能夠保持基于混合式PIN-SiC二極管（MPS）的高魯棒性。

安世半導體的中低壓MOSFET憑借行業(yè)領先的性能和廣泛的規(guī)格覆蓋，為新能源應用提供了卓越支持。這些器件采用創(chuàng)新的LFPAK銅夾片封裝，涵蓋7種以上封裝形式，擁有超過400種料號，可靈活滿足低壓功率轉換、充放電管理等多種應用需求。

此外，安世MOSFET產(chǎn)品廣泛采用LFPAK銅夾片封裝，不僅具備175 °C的結溫特性（相較業(yè)內(nèi)普遍的150 °C更具優(yōu)勢），還在焊接可靠性和抗PCB板彎曲能力方面表現(xiàn)出色。同時，該封裝能夠有效降低RDS(ON)導通電阻，并提供更高的ID(max)漏極電流，顯著提升產(chǎn)品的整體競爭力。

最新推出的NextPower 80/100 V MOSFET系列采用CCPAK1212封裝，具備最高持續(xù)505 A，峰值3558 A的ID(max)電流能力，0.67 mΩ的超低RDS(ON)，以及優(yōu)異的散熱性能。本系列器件還提供頂部和底部散熱選項，工程師可以靈活選擇散熱途徑。該產(chǎn)品的發(fā)布進一步豐富了安世半導體的MOSFET組合，為高功率密度應用提供了更強的解決方案。

結尾

安世半導體致力于通過創(chuàng)新的前沿技術，為“光儲充”系統(tǒng)的光伏逆變器、儲能變流器、EV充電樁提供更高效的解決方案。隨著“光儲充”系統(tǒng)部署規(guī)模的擴大和產(chǎn)業(yè)效應的提升，不斷更新迭代的半導體產(chǎn)品與解決方案，尤其是WBG寬禁帶半導體技術的突破，將在以光伏為代表的可再生能源系統(tǒng)實施和優(yōu)化方面發(fā)揮越來越重要的作用。這種持續(xù)的演變，不僅有望滿足不斷增長的能源需求，而且將以可持續(xù)、高效和環(huán)保的方式來實現(xiàn)。

Nexperia (安世半導體)

Nexperia（安世半導體）總部位于荷蘭，是一家在歐洲擁有豐富悠久發(fā)展歷史的全球性半導體公司，目前在歐洲、亞洲和美國共有14,000多名員工。作為基礎半導體器件開發(fā)和生產(chǎn)的領跑者，Nexperia（安世半導體）的器件被廣泛應用于汽車、工業(yè)、移動和消費等多個應用領域，幾乎為世界上所有電子設計的基本功能提供支持。

Nexperia（安世半導體）為全球客戶提供服務，每年的產(chǎn)品出貨量超過1,000億件。這些產(chǎn)品在效率（如工藝、尺寸、功率及性能）方面成為行業(yè)基準，獲得廣泛認可。Nexperia（安世半導體）擁有豐富的IP產(chǎn)品組合和持續(xù)擴充的產(chǎn)品范圍，并獲得了IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和ISO 45001標準認證，充分體現(xiàn)了公司對于創(chuàng)新、高效、可持續(xù)發(fā)展和滿足行業(yè)嚴苛要求的堅定承諾。