OBC成本下探至700元？双向GaN降本潜力凸显
近年来，氮化镓功率器件在车载领域的产业化渗透持续提速，在OBC 赛道的应用落地尤为突出 —— 双向氮化镓搭配单级拓扑的技术路线优势持续释放，已成为行业不可忽视的核心发展趋势。
当前长安汽车、汇川联合动力、联合电子等厂商均已落地GaN OBC方案，其中联合电子已率先采用双向GaN，推动该技术在商业化进程再进一步。据业内人士测算，采用双向GaN OBC+DC/DC的二合一方案成本可下探至700-800元，量产性价比持续释放。
为深度厘清该技术的演进趋势与市场前景，拆解其规模化落地过程中的现实瓶颈，本次专题特别邀请英诺赛科、致能半导体、镓未来、英飞凌四家行业代表企业参与深度研讨。各家企业将结合自身技术布局与产业化实践，梳理产业发展脉络，为行业呈现一线视角的趋势判断。
GaN OBC落地进程提速
单级拓扑+双向GaN趋势到来
受益于国内新能源汽车产业的高速发展，氮化镓器件在OBC领域的渗透节奏不断加快。相较于海外市场，国内车企及供应链布局GaN车载技术的窗口期更早、推进速度更快，成为GaN OBC产业化落地的主力市场。
当前，国内整车企业与头部Tier1厂商已纷纷入局，GaN OBC从技术研发逐步走向量产落地。在整车端，长安汽车率先实现商业化落地，将氮化镓OBC正式搭载于启源E07车型；在供应链端，汇川联合动力、阳光电动力、联合电子等国内核心Tier1厂商，已正式推出氮化镓OBC产品。
与此同时，富特科技、马自达及部分欧洲车企、海外Tier1企业也持续推进相关项目布局，全球GaN OBC产业布局徐徐铺开。
在技术迭代过程中，双向氮化镓器件+单级拓扑已然成为OBC行业升级的新风向。其中，联合电子的OBC技术迭代历程极具行业代表性，在3年内完成了从两级SiC方案、单级式GaN方案，到矩阵变换器（单级拓扑）双向GaN方案的跨越，OBC的工作效率与功率密度持续提升。
面向未来技术升级，联合电子透露，伴随1200V GaN技术逐步成熟，其CharCON Gen6架构将升级为全GaN方案，精准适配行业800V高压平台普及趋势。据悉，英诺赛科、纳芯微、联合电子三方已达成深度战略合作，将聚焦新能源汽车功率电子系统，联合研发智能集成氮化镓相关产品。
下游车载市场需求持续爆发，拉动氮化镓企业加速迭代，双向GaN器件产品密集落地。目前行业已形成D-mode与E-mode两大成熟技术路线，覆盖各电压段车载应用场景。同时致能半导体、Fraunhofer IAF、弗吉尼亚理工大学等企业/机构，依托蓝宝石等新型衬底材料，实现了器件超高耐压技术突破，进一步完善了双向GaN技术体系。
国内头部氮化镓企业已深度绑定车载供应链，针对性开展双向GaN单级拓扑OBC的定制化研发。致能半导体透露，公司已与全球头部车企、国内顶尖Tier1厂商同步立项，专属开发适配双向氮化镓的单级拓扑OBC方案，可全面兼容400V、800V两大主流车载高压平台。
镓未来的产业化研发也取得阶段性成果，其70mΩ器件已联合国内高校完成3.3kW单级拓扑OBC原型机开发，18mΩ器件已进入实测阶段，顺利配合两家国内头部OBC厂商开展适配验证。
此外，英飞凌近期也与Fraunhofer IZM联合发布了一款22kW OBC，其采用了双向氮化镓器件。据了解，该产品源自欧盟（EU）资助的HiPower 5.0项目，其汇聚了来自十个欧洲国家的合作伙伴，包括两家OEM、21家一级和二级供应商。
据此看来，产业链上下游已围绕双向GaN+单级拓扑OBC完成初步战略布局，技术适配、产品研发、车企验证等各环节工作有序推进，行业产业化落地条件持续完善、日趋成熟。
双向GaN技术为何受青睐？
三大因素引导OBC技术走向
从行业发展趋势来看，车企与Tier1厂商选择布局“双向氮化镓+单级拓扑”OBC方案并非偶然，而是适配新能源汽车迭代的必然选择。
当前车载OBC行业呈现高功率化、高度集成化两大发展趋势，对产品效率、散热能力、小型化水平及成本控制提出了更高要求：
一方面，800V高压平台快速普及，为匹配高压架构下的快充需求，OBC功率等级已同步提高，从传统3.3kW、6.6kW逐步向11kW、22kW高阶迭代，但大功率OBC也面临技术难度提升、硬件成本增加的行业难题。
另一方面，整车空间轻量化、架构集成化需求持续提升，OBC不再是独立车载部件，而是逐步融入多合一电驱动系统，行业集成度不断突破，从早期三合一、六合一、八合一系统，迭代至比亚迪、吉利星驱、弗迪动力等车企及Tier1厂商推出的十二合一电驱系统。
在此背景下，传统拓扑结构与功率器件的短板持续凸显，“单级拓扑+双向氮化镓”这一技术路线，正被行业视为突破技术瓶颈、节约量产成本、适配整车迭代升级的关键破局点。
据浙江大学电气工程学院王正仕副教授近期演讲透露，传统6.6kW两级拓扑OBC+3.3kW DC/DC二合一方案，成本约1000元；而采用单级拓扑+双向氮化镓的同等功率方案，成本仅700-800元，相比传统架构，不仅降本效果十分可观，还具备更高功率密度、更高效率、易于平面化等优势。
究其根源，双向氮化镓搭配单级拓扑方案能够兼顾成本下探与整机效益提升，核心得益于以下三大技术革新能力。
第一，用单级拓扑替代两级架构，可精简系统结构、提升功率密度。
英诺赛科表示，传统硅基OBC普遍采用PFC+DC-DC两级拓扑，电路结构复杂、元器件数量多、开关损耗大，存在功率密度低、整机成本高、能效天花板受限等行业痛点。
相较传统方案，单级拓扑实现了结构性革新，可将两级电路功能整合为单一功率单元，取消中间母线电容，在同一层级同步完成功率因数校正、电气隔离与电压调节，大幅精简系统器件、降低电路复杂度，显著提升系统可靠性与功率密度。
镓未来以特斯拉CyberTruck搭载的单级矩阵变换器OBC为例分析，该方案可省去PFC电感和高压直流母线电容，大幅提升功率密度；同时减少一级Boost变换，损耗降低30%。同时，镓未来还判断未来汽车OBC的主流方案都将向这种单极拓扑演进。
致能半导体也认为，新能源汽车OBC未来的发展方向，不单是器件升级，更重要的是系统拓扑也在同步升级。过去两级结构虽技术成熟，但系统体积与损耗已比较难进一步压缩，未来单级拓扑的优势将逐步显现。
第二，采用双向氮化镓器件，可替代4颗传统功率器件。
拓扑升级的落地，离不开功率器件的支撑，双向氮化镓器件的技术突破，为单级拓扑OBC的规模化应用提供了高效保障。
据业内人士透露，此前行业双向OBC多采用“单向器件+两级拓扑”的组合方案,要实现双向导通通常需要两个器件背靠背连接(Back-to-Back)，不仅增加器件数量，也带来更高成本和更复杂的驱动设计。
2023年特斯拉CyberTruck虽创新性落地单级拓扑OBC，但受限于当时的器件技术，只能采用4颗SiC MOSFET两串两并的方式实现双向开关功能，依旧存在结电容大、占用空间大、硬件成本高的痛点。
镓未来指出，传统硅基MOSFET或IGBT开关损耗较大，不适于高压单级拓扑。而双向氮化镓一颗即可替代4颗SiC，功率密度更高，开关损耗更低，体积更小。随着双向GaN技术逐步成熟，绝大多数OBC将转向双向GaN方案。
致能半导体认为，高频应用中GaN的反向恢复特性更优，效率更高；系统层面，原本需要4颗MOSFET的全桥结构，采用双向GaN仅需两颗，且Rdson减半，外围电路大幅精简，系统BOM显著降低。当客户追求更高效率与功率密度时，双向GaN的优势将非常明显。
英诺赛科表示，双向氮化镓可助力两级拓扑向单级拓扑的革命性简化，从而大幅精简电路结构，减少开关器件、磁性元件、电容及驱动电路数量，有效降低整机体积与重量。在性能层面，单级氮化镓OBC可显著提升工作频率与转换效率，降低充电能耗，彻底解决两级架构的冗余损耗问题，功率密度大幅提升，完美适配车企轻量化、底盘集成化的发展需求。
当前，新能源汽车双向充电功能持续渗透，单级双向氮化镓OBC兼顾性能、体积与成本，替代传统硅基方案的趋势已十分明确。未来，双向单级OBC有望成为新能源汽车的标准化配置之一。
第三，采用双向氮化镓器件，可实现系统级降本。
除了性能与架构优势，系统级降本能力，是车企和Tier1厂商坚定布局双向氮化镓单级OBC的核心商业化考量。
从器件单价来看，双向氮化镓器件成本虽高于传统硅基器件，但从整套系统维度来看，该方案具备显著的成本优势。镓未来表示，双向氮化镓通过优化系统架构与拓扑结构，可有效压缩整机尺寸、降低综合生产成本，商业化价值突出。
英诺赛科进一步分析，双向GaN方案大幅精简元器件数量、简化电路结构，同时降低了整机散热设计难度，可有效压缩物料采购、生产装配、散热配套等多维度成本，量产性价比优势显著。同时，元器件数量减少可直接降低设备故障率，提升系统稳定性，进一步降低整车后期运维成本。
致能半导体从器件替代角度拆解了降本逻辑：传统方案实现双向开关功能，需要4颗15mΩ MOSFET串并联组合，而双向氮化镓仅需单颗15mΩ器件即可完成替代。
对比两颗单向GaN组成的双向开关，单片双向GaN共用漂移区，在同等导通电阻参数下，可大幅缩减芯片面积、降低器件原生成本。叠加磁性器件、驱动电路、散热模块、PCB板面积的精简优化，整套系统的综合成本竞争力大幅提升。
综上所述，车企与Tier1厂商集体转向“双向氮化镓+单级拓扑”路线，其核心驱动力，正在于对OBC更高效率、更高功率密度与更低系统成本这三大目标的迫切追求。而该路线的落地进程，也将取决于双向氮化镓器件本身的技术成熟度。
双向GaN产业化尚存短板
技术瓶颈需要协同突破
当前双向氮化镓技术正处于从技术验证向产业化导入过渡的关键周期，整体技术体系与产业链配套尚未完全成熟，尤其是在车规级高压应用中，行业仍然面临不少挑战。
从技术层面来看，镓未来认为行业内双向氮化镓器件主要面临两个问题：一是衬底电位的自适应切换问题，二是驱动易受干扰导致误导通或误关断，这些问题在P型栅或肖特基栅的双向GaN设计与应用中较为突出。
针对上述行业痛点，镓未来采用差异化技术路线实现突破，其采用常通型氮化镓与低压MOSFET构成共源共栅级联结构来实现双向氮化镓器件，进一步提高栅极信号抗干扰能力，能够有效避免误导通和误关断问题，提升了器件工作的稳定性与可靠性。
聚焦双向氮化镓器件的商业化落地，镓未来已推出了两款650V双向氮化镓产品。其中，70mΩ产品主要针对一拖二500W光伏微逆应用，可替代传统方案中两颗反向串联的硅MOSFET，实现更高集成度的双向开关功能，有助于减少器件数量、优化PCB布局并提升系统效率；另一款产品内阻为18mΩ，已完成样品制作，可满足11kW OBC的应用需求。
英飞凌发布的650V CoolGaN™双向开关则采用单片集成技术，首批BDS产品包括55mΩ和110mΩ两款，其集成了衬底电压控制电路，动态连接至低电位源极，有效避免背栅效应，同时匹配标准ON/OFF模式与两种二极管模式，支持硬开关与软开关拓扑。
从系统应用层面来看，致能半导体认为当前双向GaN的核心难点在于“器件、驱动、封装和系统”的协同优化——包括针对双向氮化镓器件的专用的驱动IC、封装工艺、可靠性标准以及系统设计方法，都还处于逐步完善的阶段。此外，针对800V平台的双向器件较为稀有，较难匹配当前车企需求。
为适配车载单级拓扑OBC的高压、高集成发展需求，致能半导体针对性布局高压双向氮化镓器件研发，成功搭建蓝宝石衬底双向GaN器件技术平台，自主研发出700V、1200V高压双向器件，可满足新能源汽车轻量化、小型化、高功率密度的核心需求。目前该系列器件正在开展可靠性验证工作，预计今年Q3可完成全部验证流程。
从现阶段测试结果来看，蓝宝石衬底能够有效降低衬底电流泄漏，减小寄生耦合电容，从源头上缓解高压高速开关条件下的背栅效应问题，在动态电阻稳定性、高频开关一致性以及系统RSP表现方面，具备比较明显的优势。
整体来看，双向氮化镓叠加单级拓扑的技术路线，已成为车载OBC升级迭代的核心方向之一，行业发展态势清晰明确。但是，车规级应用亦面临着高要求、高标准，双向氮化镓的普及应用，仍需产业链协同攻坚。
值得关注的是，当前英诺赛科、致能半导体、镓未来、英飞凌等氮化镓器件厂商与车企、Tier1厂商已携手深度布局，随着技术持续成熟与产业链配套不断完善，双向氮化镓在车载OBC领域将加速迈入规模化应用新阶段。
本文发自【行家说三代半】，专注第三代半导体（碳化硅和氮化镓）行业观察。
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