德州儀器一舉瓦解電動車製造3大難題，如何做到提升效能又幫客戶省50%成本？

類比IC及車用晶片大廠德州儀器（以下簡稱德儀）專門製造高功率半導體，是電動車所需要的關鍵裝置。在電動車的設計製造流程中，無非就是在提升效能、可靠度與續航力的同時，又要兼顧動力傳動系統成本。德儀所推出的動力傳動系統整合，目標是能一舉解決多個電動車的設計製造挑戰。

目標一：降低成本，簡化生產流程、減少體積與重量

德儀指出，目前一台電動車的平均生產成本，比一台傳統燃油汽車高出12,000美元。汽車業者除了要滿足各國排碳法規外，也要讓電動車售價更實惠，才能激發混合電動車或電動車的購買需求。

目前一台電動車的動力傳動系統，包含了電池、DC/DC轉換器、車載充電器與牽引逆變器等部件。對於車輛設計工程師而言，要提升效能與可靠度、增加續航里程，同時降低動力傳動系統的成本。

德儀以電動車零組件供應商威邁斯新能源（VMAX）為例，因應為了要在中國市場能設計出性能更好、可靠度更高，但又要滿足實惠價格的電動車，其採用的德儀動力傳動系統整合，可以幫助其充分整合車載充電器、DC/DC轉換器與牽引逆變器系統，滿足電動車製造商客戶的要求。

在電動車的性能表現上，無論是多1公斤、少1公斤，都能夠影響整體性能與單次充電的行駛距離。透過動力傳動系統整合，可將車載充電器、DC/DC轉換器與牽引逆變器系統3大部件，整合在單一、精巧的機械箱體中，不只簡化設計與組裝流程，也能節省額外包材和硬體，大幅減少系統重量與體積。

針對電動車專用的車用微控制器（MCU），德儀推出的C2000 MCU具有超低延遲的優點，能實現高達1至2MHz的切換頻率，因此也只需要較小的電感器、電容器等外部零組件。

此外，德儀更指出，以「氮化鎵（GaN）」製作的寬能隙開關，加上優化的高速閘極驅動器，可望顛覆整個產業。據悉，透過這樣的組合，能減少6成的磁性元件體積，進而降低整體重量與成本。

目標二：不僅讓價格更實惠，也要確保可靠度

德州儀器全球汽車動力傳動系統總經理Karl-Heinz Steinmetz表示：「我們以符合關鍵技術與安全要求為前提，致力打造最佳系統，並讓價格更親民。」德儀打造的動力傳動系統整合，更以提升可靠度為前提。

隨著類比與嵌入式處理技術持續發展，透過德儀開發的動力傳動系統整合，設計人員能透過單一網域控制器與功率級元件，將這些系統進一步整合。此舉更有助提高效能與可靠度、降低成本，滿足車輛功能性安全需求。

要提升電動車的性能與可靠性，在散熱與保護機制也不可馬虎。在整合式動力傳動系統架構中，也要確保電動車高壓電池系統的可靠度，確保兼具保護與散熱功能。透過絕緣技術，像是採用經過性能檢測的絕緣式閘極驅動器與調變器，就能解決這項難題。

目標三：提高功率密度，改善效能

除了確保可靠度之外，透過提高功率密度來改善效能也相當重要。在電動車市場備受矚目的第三代化合物半導體材料「氮化鎵（GaN）」，其元件擁有高轉換效率、小尺寸等優勢，在高功率應用中可以達到更大的節能效益，且能在更高溫的環境下運作。而採用車用氮化鎵（GaN）技術等的電動車能以更高的效能運轉、減少熱能逸散，提升續航里程。

在車用微控制器方面，將整合式動力傳動架構配備單一即時MCU後，系統便能有效處理原本分散於不同系統、多個MCU的工作。在高度整合的設計中，即時MCU能同時實現數位電源與馬達控制功能，在提升效能的同時節省寶貴的空間。

針對MCU加速車體的效能，德儀提出數據表示，有了即時感測功能，加上更高的控制環路切換頻率，能將牽引馬達的轉速提升到20,000 RPM。這樣一來，汽車工程師打造的馬達體積能縮小三分之一以上，而且性能更優越，遠勝過先前轉速最高只有10,000 RPM的設計。

面對正在快速成長的電動車市場，德儀表示，估計至2025年，電動車也將達到總汽車銷量的30%。透過整合式動力傳動系統，能大幅降低設計體積與重量，同時展現可靠度，有助電動車的普及。

責任編輯：蕭閔云