電動車高功率充電800V甚至1500V架構，已成為解決充電焦慮問題的重要解方。雙向充電及兆瓦級充電MCS需求崛起，充電設備正朝高效率、高功率密度、模組化與高可靠性邁進。
全球電動車市場的發展瓶頸已從「里程焦慮」轉向更為棘手的「充電焦慮」。為徹底解決此痛點，歐、美、中各國正透過政策強力驅動高功率充電基礎設施的加速布建，一場圍繞著350kW、800V，乃至MW級超充(Megawatt Charging System, MCS)的技術軍備競賽已然開打。這波浪潮的核心，是對高效、高功率密度電源轉換技術的極致追求。
從矽到碳化矽 打造高功率充電設計
隨著電動車市場快速擴張與雙向充電及兆瓦級充電MCS需求崛起，充電設備正朝高效率、高功率密度、模組化與高可靠性邁進。碳化矽因具備寬能隙、高擊穿電場與優異導熱性能，能實現更高電壓(最高達1500V DC)、更小體積與更低能耗，是推動新一代高功率充電樁的核心材料。
在技術層面，英飛凌(Infineon)首席工程師林彥任(圖1)表示，該公司CoolSiC MOSFET的演進，從第一代Gen1到最新的Easy C系列Gen2(.XT)，在封裝與可靠度上皆大幅升級。Gen2.XT透過改良的銅導線與焊接技術，電熱循環壽命提升超過20倍，能在175°C長期運作並支援高達200°C過載條件，同時維持低導通電阻與穩定閘極電壓漂移，確保高頻切換環境下的穩定性。
圖1 英飛凌首席工程師林彥任表示，75kW快充系統採SiC後效率可從93%提升至97%，噪音降低15dB，整機體積縮小30%以上
在設計DC快充架構時，SiC可簡化拓樸，縮小磁性元件與散熱系統，實現更小體積與更低系統成本。林彥任以75kW快充系統為例，採SiC後效率可從93%提升至97%，噪音降低15dB，整機體積縮小30%以上。
整體而言，英飛凌的CoolSiC技術不僅為高功率EV充電樁提供關鍵能效與壽命優勢，也為未來支援MCS兆瓦級充電、雙向能量整合(太陽能與儲能系統)奠定技術基礎。林彥任認為，效能、穩健度與可靠性三者並重，有助碳化矽成功導入。
電路防護到功率半導體設計解決方案
隨著全球電動車EV滲透率提升，充電設施面臨高電壓、高功率密度、模組化與安全法規四大挑戰。Littelfuse應用工程經理陳柏達(圖2)指出，該公司提出從電路防護(Protection)到功率轉換(Power Conversion)的完整系統設計理念，涵蓋熔斷器、浪湧抑制器(MOV/GDT/SIDACtor)、SiC功率元件與閘極驅動IC等系列產品。
圖2 Littelfuse應用工程經理陳柏達指出，該公司從電路防護到功率轉換的完整系統設計理念，為EV基礎設施提供高度整合解決方案
在高功率充電架構方面，陳柏達說明，Littelfuse的20~30kW Vienna PFC與LLC DC-DC轉換模組，採用1200V SiC MOSFET與SiC二極體，實現更高效率與功率密度。其自家SMPD(Surface Mount Power Device)封裝技術具備頂部散熱、2.5kVrms絕緣與低熱阻特性，相較傳統TO-247封裝可節省50%以上空間並降低成本，適合用於150kW以上的DC快充設計。
此外，Littelfuse強調系統安全防護是EV基礎設施不可忽視的一環。針對IEC 61851、62955等國際標準，該公司提供多層級保護元件，包括RCD、AFDD、RCM等剩餘電流與弧光偵測裝置，以防止觸電與火災風險，特別針對Mode 2與Mode 3 AC充電站配置AC/DC漏電監測模組，確保人員與設備安全。
在驅動與控制部分，陳柏達說，Littelfuse推出多款支援SC與IGBT元件的閘極驅動IC，具備25V/-10V輸出範圍、過流偵測與熱關斷保護，可簡化系統設計並提升可靠度。搭配新一代SMFA非對稱TVS保護二極體，能有效抑制SiC高速切換造成的閘極過壓，進一步強化整體穩定性。
標準整合/散熱/智慧管理挑戰
隨著台灣2050淨零碳排目標，2030年電動公車、公務車將全面電動化，2040年電動乘用車與機車市售比預期達100%，充電設施需求將同步暴增。工研院機械所動力測試驗證部副理吳至強(圖3)解釋，全球標準正加速整合，NACS、ChaoJi與MCS兆瓦級快充技術成為焦點。台灣則推動1+N充電標準策略，兼容CCS、GBT等多協議，以打造更友善的公共充電環境。
圖3 工研院機械所動力測試驗證部副理吳至強解釋，電動車充電系統設計正由400V邁向800V與1000V，支援600A以上高電流輸出
在技術趨勢上，高壓、高功率與液冷散熱為主流方向。吳至強提到，為兼顧充電效率與電纜重量限制，系統設計正由400V邁向800V與1000V架構，支援600A以上高電流輸出。導入液冷電纜能讓電流密度提升至35A/mm²，成為實現兆瓦級快充不可或缺的關鍵技術。此外，未來MCS標準將支援1250V/3000A等級輸出，對電源模組、散熱系統與安全防護皆提出嚴峻挑戰。
在系統架構方面，車載(OBC)與車外充電器拓撲設計部分，從Vienna PFC到LLC、DAB等高效拓撲應用，功率元件耐壓需隨電壓提升而升級。同時，通訊協定升級亦為關鍵，ISO 15118-20與OCPP 2.1支援Plug & Charge、雙向充電(V2G)、自動連接與安全認證，將成為未來智慧充電與能源整合的基礎。
在實際部署層面，吳至強指出三大挑戰：充電安全風險、契約容量不足與使用效率低。建議可透過充電即健檢與智慧充電管理概念，利用阻抗檢測預防過熱事故，並結合動態排程以提升多車充電場站的利用率與電網友善性。
兆瓦級快充驗證測試
全球EV充電規格正快速整合，NACS、CCS、ChaoJi與MCS成為主流界面。MCS標準可達1250V、3000A、3.75MW 輸出，代表未來重型車與高速快充應用的方向。各國標準如美歐的IEC 61851與ISO 15118、中國的GB/T 18487與27930系列皆持續更新，以支援高功率傳輸與雙向充電功能。
致茂電子產品主任施明宏(圖4)指出，ISO 15118-20被視為下一世代智慧充電通訊核心，能支援Plug&Charge自動認證、智慧排程、以及雙向能量交換(V2G/BPT)。這不僅改變了車與樁的互動模式，也推動測試項目與驗證流程更加複雜化。舉例而言，最新版IEC 61851-23 Ed.2新增多項CCS測試項目，如過壓緊急關斷、短路保護、絕緣監測與電流調節控制等。
圖4 致茂電子產品主任施明宏說明，致茂MCS測試平台，符合ISO 15118-10標準，最高可模擬1.2MW功率運作情境
為因應新標準，致茂推出多項針對EV與EVSE充電樁的測試解決方案。包括Chroma 8000 EVSE/EV自動測試系統(ATS)，支援ISO 15118、DIN 70121、CHAdeMO與NACS等多協定測試，可模擬實際車輛充電行為、監控通訊協議並產出PCAP通訊分析檔。此外，Chroma 62017E與17040E系列可進行高壓(>1000V)、高電流(>800A)環境下的過壓與安全功能測試。
致茂也展示其MCS測試平台，施明宏說明，該平台採用Ethernet 10BASE-T1S通訊架構、符合ISO 15118-10標準，最高可模擬1.2MW功率運作情境，用於驗證下一代高功率直流快充模組的穩定性與安全性。
