全國充電樁突破1000萬台，相關電子元器件借勢起飛_風聞

電子發燒友網報道（文/吳子鵬）日前，中國充電聯盟發佈2024年6月全國電動汽車充換電基礎設施運行報告。數據指出，截至2024年6月，全國充電基礎設施總量已達到1024.3萬台；2024年1-6月，充電基礎設施的增量為164.7萬台，漲幅為14.2%。

充電樁設計和製造涉及大量的電子元器件，包括MCU、DC/DC、MOSFET、IGBT、RS485通信芯片、RS232通信芯片、LDO、顯示驅動、安全管理芯片、藍牙芯片等。因此，相關廠商藉助充電樁基建大潮，迎來了一個重大的產業機遇。

8位和32位MCU競逐充電樁市場

在充電樁內部，MCU是核心的控制器件，主要負責充電過程控制、數據通信、人機交互和安全管理。MCU可以監測充電電流、電壓和充電時間等參數，確保充電過程的安全和高效進行。同時，MCU可以和車端通信以調整充電功率和充電模式。

充電樁是一個綜合體，包括了充電槍和固定的樁體。其中，在槍體一端，出於成本的考慮，很多方案都選擇使用8位MCU，比如廣汽新能源汽車2860W交流充電槍採用的就是STM8S005K6這顆8位MCU，Delphi德爾福1760W交流充電槍採用的則是恩智浦的8位MCU——S9S08AW16A。槍體部分對MCU的性能要求並不高，因此主頻為16 MHz，提供16-32Kb Flash和必要接口功能的8位MCU更具性價比。

在樁體一端，因為涉及了HMI、通信和充電管理等功能，因此32位MCU是更好的選擇。除了ST、TI、瑞薩、恩智浦和英飛凌等公司提供的32位MCU，國產32位MCU在這個方面也很有競爭力。如下圖所示，這是基於兆易創新GD32系列的充電樁解決方案，適用於充電樁主板控制模塊、HMI顯示以及AD/DC逆變控制。

兆易創新充電樁MCU方案

此外，極海半導體、國民技術、中科芯等公司也有32位MCU應用於充電樁領域。如下圖所示，這是一款基於極海半導體APM32F411系列MCU打造的EV充電樁，可滿足系統精確的電源管理與充電控制需求，並具備多種工作模式，實現靈活的充電樁運行控制。

基於APM32F411系列打造EV充電樁

綜合而言，憑藉通用性和標準化、靈活性、低成本、可靠性、低功耗等優勢，目前MCU是打造充電樁的首選核心，隨着充電樁智能化水平提升，MCU也在逐漸強化自己的性能，甚至是加入NPU算力，為充電樁的差異化功能創新賦能。

充電樁帶來的第三代半導體需求

當前，充電樁一個核心訴求是充電要快，為了實現這一點，具有導通損耗、開關損耗、高可靠性、高功率密度的超級結MOSFET成為主流的功率器件選擇，最具代表性的產品是英飛凌的CoolMOS™。不過，超級結MOSFET依然是Si器件，擁有一定的性能瓶頸，因此第三代半導體逐漸被應用於充電樁領域。比如，英飛凌碳化硅CoolSiC™ MOSFET系列和羅姆公司的EcoSiC™系列。

新能源車是第三代半導體材料需求量最大的應用市場。CASA Research數據顯示，2022年我國第三代半導體功率電子在電動汽車及充電樁市場規模約為68.5億元；2023年市場規模達94億元，同比增長37.5%。

在充電樁裏面，充電模塊的價值量佔比高達50%，所用到的元器件主要包括功率器件、磁性元件、電容、PCB等，其中功率器件以30%的價值量佔比居首。上面只是以SiC器件舉例，目前SiC和GaN在充電樁市場都有重要應用，主要用於實現直流/直流（DC/DC）轉換器、直流/交流（DC/AC）逆變器等關鍵部件。

在800V以下的充電樁平台上，目前GaN器件的機會比較大，由於其高頻率、輕量化的特性，可以有效減少磁性元件的體積和重量，還能提高系統的整體效率。由於成本問題，800V以下的充電樁平台仍較少採用SiC器件。不過，隨着800V級以上充電平台的普及，需要1200V的器件，SiC器件可以體現自己的優勢，是實現高壓快充+大功率充電的理想方案。與傳統硅基器件相比，碳化硅模塊可以增加充電樁近30%的輸出功率，並且減少損耗高達50%左右。

充電樁裏的通信和收發器件

充電樁並不是一個獨立的系統，而是需要和車端以及用户進行交互，因此通信器件在充電樁中也很重要，比如藍牙芯片、NFC芯片、RS485芯片和RS232芯片等。

目前，相當一部分智能充電樁選擇搭載低功耗藍牙芯片，相比於傳統藍牙技術，低功耗藍牙技術可以將功耗降至最低，以極佳的能效比提供可靠的無線性能，能夠提供更好的人機交互，還可以實時監測充電樁狀態，將漏電跳閘等危險信號第一時間反饋到平台進行報警處理。目前，SKYLAB和倫茨科技等公司都在推動相關的方案。

NFC也是非常流行的一種充電樁通信方式。NFC是一種近場通訊技術，通過13.56 MHz短距離高頻通信，來允許電子設備進行非接觸式點對點數據傳輸，具有短距離、高頻、非接觸式、點對點等特點。目前，瑞盟科技MS520和宏晶RC522等NFC芯片在充電樁市場都已經落地。其中，MS520是一顆13.56MHz非接觸式通信中的高集成度NFC讀寫卡芯片，擁有高度集成的解調和解碼模擬電路，支持ISO/IEC 14443 A 106kBd、212kBd、424kBd、848kBd傳輸速率的通信。

充電樁用到的RS-485接口採用的是一種差分傳輸方式，各節點之間的通信都是通過一對（半雙工）或兩對（全雙工）雙絞線作為傳輸介質。由於傳輸距離遠、穩定性強等特點，很多的傳統設備對外的接口就是RS485接口，包括工控主板、工業控制器、智能電錶、中央空調控制面板、新能源充電樁等。比如，芯谷科技D3485是一款5V供電、半雙工的RS-485收發器，芯片內部包含一路驅動器和一路接收器，通過使用限擺率驅動器，能顯著減小EMI和由於不恰當的終端匹配電纜所引起的反射，並實現高達10Mbps的無差錯數據傳輸。

充電樁裏面的被動元器件

當然，作為一個融合的電子電氣設備，充電樁也需要用到大量的被動元器件，包括防雷模塊、‌自恢復保險絲、‌大功率TVS瞬態抑制二極管、薄膜電容器、‌分流電阻器、‌加熱熔斷器、‌預充電阻等。我們主要以防雷和薄膜電容為例展開解讀一下。

防雷模塊對於放置在室外的充電樁而言是非常有必要的，可以幫助抵禦雷擊浪湧，其實現方式有很多種。比如，如果是基於陶瓷氣體放電管與壓敏電阻，可以有壓敏電阻與氣體放電管串並聯、壓敏電阻與氣體放電管串聯和壓敏電阻與氣體放電管串並聯，每一種連接方式都會有具體的功效。

再看一下薄膜電容器。電容能夠有效防止功率變化對IGBT等關鍵元件的損害，傳統的車載電容以鋁製電解電容為主，薄膜電容憑藉其高額定電壓、優異的頻率特性、高安全性以及寬温度範圍等特點，在直流充電樁有廣泛的應用。比如，DC-LINK薄膜電容能夠有效地過濾電路中的紋波電流，提供穩定的直流電壓，並減小電路中的電感效應，是直流充電樁PCB方案上的重要元器件。

結語

按照國家相關機構的預測，預計到2025年底，新能源汽車保有量將突破6000萬輛。若按照規劃中的車樁比2∶1來測算，2025年底全國共需要充電樁3000萬台。因此，我國依然存在一個巨大的充電樁缺口，後續建設的力度還會進一步提升，且低功率樁淘汰也會同步進行。對於各種電子元器件來説，這會是一個巨大的市場藍海。

聲明：本文由電子發燒友原創