本文来自微信公众号“与非网eefocus”，作者/顾子扬。
随着新能源汽车渗透率的不断突破，从2016年仅1%，到如今，上海电动汽车渗透率已超50%，背后离不开产业链上下游的持续发展，以及半导体元器件的不断改进。充电桩的数量与分布密度更是决定了用户对新能源汽车续航里程是否焦虑的直观感受，以及对后续补能是否便利的提前考量。
除了私有的交流桩可以在夜间慢充补电之外，更为关键的就是公共充电桩，尤其是正在成为主力的公共直流充电桩（快充）。而直流充电桩拥有的那颗半导体“心脏”到底是怎样的？除了知名国际厂商外，又有哪些本土公司正在积极布局？今天，与非网将就此进行深入分析。
直流快充通常是指充电桩自身内部实现交直流转换模块，无需借用OBC，将电网或储能设备中的交流电转换成直流电，直接给汽车充电。直流快充功率取决于充电桩自身输出功率和BMS（电池管理系统），如电池电压升级至800V，直流快充功率通常将超过120 kW，碳化硅器件的高功率特性即可有其用武之地，进而提高充电效率和缩短充电时间。
充电桩的那颗半导体“心脏”
近年来，受益于新能源汽车快速增长，与之相配套的充电桩市场同样呈现出快速发展态势。据亿渡数据预测，至2026年，中国充电设施市场规模将达2870.2亿元，2022年到2026年复合增长率高达37.83%。
图、2015-2022年中国新能源汽车保有量、充电桩数量及车桩比数据
来源：中国充电联盟、中汽协等
根据中国充电联盟统计，2023年7月比6月公共充电桩增加6.2万台，7月同比增长40.4%。截至2023年7月，全国充电基础设施累计数量为692.8万台，同比增加74.1%。充电基础设施与新能源汽车同步快速增长。
充电模块作为直流充电设备的“心脏”，主要由芯片、功率器件、电容、磁元件、PCB等半导体元器件组成，而功率器件正是这颗“心脏”中使用最多的半导体。
功率器件是电子产业链中核心器件之一。能够实现电能转换和电路控制，在电路中主要起着功率转换、功率放大、功率开关、线路保护、逆变（直流转交流）和整流（交流转直流）等作用。
充电模块中的功率器件主要包括MOSFET和IGBT两种，各自适用于不同的电压范围，在充电模块方面均有使用。相比于Si基器件，SiC MOS具有更低的导通损耗、更低的开关损耗、更高的开关频率等优良特性，并且可在高温、高压、干扰等恶劣的环境中高效工作，能够大幅提升充电模块的功率密度、延长充电模块的使用寿命、降低运营商和桩企的运维成本。
图、SiC对电动汽车充电时间的影响
来源：英飞凌
显而易见，SiC的加入，将大幅提升充电模块的功率密度、延长使用寿命。作为第三代功率半导体，碳化硅的应用也将大幅加速直流充电桩的性能。
2020年，充电桩被列入国家七大“新基建”领域之一。2020年两会期间，《政府工作报告》还强调“建设充电桩，推广新能源汽车，激发新消费需求、助力产业升级”。
在公共直流充电桩所需的工作功率和电流要求下，其采用的功率器件以高压MOSFET为主。超级结MOSFET因其更低的导通损耗和开关损耗、高可靠性、高功率密度成为主流的充电桩功率器件应用产品，具体应用于充电桩的功率因数校正（Power Factor Correction，“PFC”）、直流-直流变换器以及辅助电源模块等。超级结MOSFET将充分受益于充电桩的快速建设。据英飞凌统计，100kW的充电桩需要功率器件价值量在200-300美元，预计随着充电桩的不断建设，功率器件尤其是超级结MOSFET将迎来高速发展机遇。
国内争相布局充电桩的功率半导体厂商
东微半导体：
重点布局充电桩领域，硅方碳器件、TGBT等新品频出
东微半导体作为国内最早开始替换进口器件应用于直流充电桩的公司，通过多年自主研发，斩获了创新结构的高压超级结技术专利，突破国际大厂对充电桩企业使用MOSFET的垄断。
2016年4月13日，该公司率先量产国内首款自主研发充电桩用功率半导体核心器件，并进入国际大厂长期垄断的工业电源应用领域。
东微半导体董事长兼总经理龚轶曾表示，国产化以后，充电桩整体成本降低，对新能源车的普及有较强的推动作用。
2022年，东微半导体营业收入为11.16亿元，同比增长42.74%。其中，新能源汽车直流充电桩领域收入占当期主营业务收入的比重约15%，较上年同期增长约6%，车载充电机领域收入占当期主营业务收入的比重逾21%，较上年同期增长约500%。两个充电应用领域的方向出现不同幅度的增长。
具体产品而言，东微半导体独创器件结构的Tri-gate IGBT(TGBT)新型功率器件实现迅速放量，并凭借优异的产品性能进入包括直流充电桩在内的高效率电能转换系统应用，已在多个重点客户实现批量供货。
在第三代半导体研发及产业化方面，东微半导体也进行了提前布局。在SiC二极管、SiC MOSFET及Si²C MOSFET器件上取得了较大的研发进展，其中，Si²C MOSFET实现少量出货，进入批量生产阶段。
Si²C MOSFET则是东微半导体多年积累的功率半导体设计及工艺能力研发的独创结构的器件。设计不同，工艺便存在差异。
Si²C MOSFET器件克服了传统SiC MOSFET成本高和Vth飘移的缺点，拥有极好的栅氧可靠性与高栅源耐压，同时具有极低的反向恢复时间和反向恢复电荷，易于应用，适用于图腾柱无桥PFC、H桥逆变等拓扑结构，可以在新能源汽车车载充电机、储能逆变器、高效率通信电源、高效率服务器电源等多种应用场景对采用传统技术路线的SiC MOSFET进行替换，高性价比将带来广阔的市场前景。
东微半导体在公告中提到，新能源汽车及直流充电桩领域是该公司的重点拓展方向。其高压超级结MOSFET及中低压SGT MOSFET已批量出货给比亚迪、凯斯库、哈曼、联合电子等公司。
随着新能源汽车市场渗透率的迅速提升，充电桩模块市场也将迎来新一轮的迅速增长。东微半导体与国内各主要的直流充电桩电源模块厂商建立的合作关系，意味着其持续批量的出货，及带来的可观的业绩增长。
表、东微半导体已应用于充电桩的相关产品及其技术特点
来源：与非网整理
总的来说，除了常规主打的高压超级结MOSFET及中低压SGT MOSFET，东微半导体的硅方碳器件及TGBT也将在充电桩功率半导体领域发挥重要作用。
华润微：发力SiC MOSFET
2021年12月，华润微推出的1200V SiC MOSFET产品的主要应用领域就包括了新能源汽车充电桩。2022年初，针对性地快速推出160毫欧、100毫欧、80毫欧、40毫欧等系列化产品。
2022年，华润微营业收入为100.6亿元，同比增长8.77%。其中，IGBT产品线营收5.24亿元，同比增长145%，营收及规模实现快速增长。
一方面，华润微在头部车企以及多家Tier1企业实现了大批量供货，汽车领域的销售额占比由2021年2.9%增长至22%；另一方面，通过加强光伏、储能、充电桩、UPS等工控市场的推广力度，获得头部客户验证并实现量产，工控市场销售额占比由21%增长至43%。
SiC和GaN产品营收同比增长324%。碳化硅二极管二代平台已完成650V、1200V全系列化产品开发，覆盖目前主流应用需求，包括汽车电子OBC、充电桩、储能、光伏、大功率电源等多领域的批量供应。
新洁能：SJ-MOSFET稳步提升
新洁能2022年总营收18.11亿元，同比增长19.87%。其第四代沟槽栅SJ-MOS平台开发了集成超快恢复体二极管系列大电流产品，并已经在多家头部OBC、充电桩、服务器电源等客户批量使用。
新洁能持续加大数据中心、汽车OBC、充电桩、微型逆变器等下游应用领域的开拓，其SJ-MOSFET产品2022年实现销售收入2.13亿元，同比增长38.41%；销售占比也从去年同期的10.21%提升至11.80%。
写在最后
近日，人民日报评论提到充电桩概况，称目前我国已建成世界上数量最多、辐射面积最大、服务车辆最全的充电基础设施体系，同时新能源汽车充电依然面临充电桩位置查找难、故障率高、充电车位被占用等挑战，未来需要进一步优化布局、加强服务。
半导体元器件作为充电桩背后至关重要的上游材料，功率半导体是其中占比最高的半导体器件。随着国内厂商的加速布局，充电桩的这颗半导体“心脏”的国产化步伐也越来越快。从充电桩到充电模块，再到功率半导体，充电桩产业链的国产化向上游进军正当时。
