近日，意法半导体在官微宣布，公司与聚焦于碳化硅（SiC）半导体功率模块和先进电力电子变换系统的中国高科技公司致瞻科技合作，为致瞻科技电动汽车车载空调中的压缩机控制器提供意法半导体第三代碳化硅（SiC）MOSFET技术。
根据意法半导体的披露，采用高能效的控制器可为新能源汽车带来诸多益处，以动力电池容量60kWh~90kWh的中型电动汽车为例，续航里程可延长5到10公里，在夏冬两季的效果尤为明显。
致瞻科技是目前全球唯一一家在新能源汽车400V、800V、1000V平台上成熟量产基于碳化硅方案的空调压缩机控制器的供应商，到2023年底已有可观出货量。
意法半导体的第三代1200V SiC MOSFET先进技术具有率先行业的工艺稳定性、性能、能效和可靠性。致瞻科技的电动汽车空调压缩机控制器选用了意法半导体第三代1200V SiC MOSFET技术，结合致瞻科技专有的散热解决方案和热保护设计，可以极大提高电动汽车的热管理能效，提升空调压缩机的NVH性能（噪音，震动和声震粗糙度），推动电动压缩机系统小型化，并具备更强的持续降本能力。在保证夏冬季同样的续航里程情况下，该方案可以帮助整车厂大幅节省单车总系统成本。
根据致瞻科技在2022年底发布的信息表示，不同于传统燃油汽车，电动车的空调系统不仅要承担座舱热管理，还要承担电池系统的热管理，电机电控的热管理。而压缩机是空调系统的心脏，其作用是将低温低压的气态冷媒从低压侧吸入压缩，使其温度和压力升高，再泵入高压侧成为高温高压的气态冷媒，由此往复循环，实现外部环境热量和汽车系统热量换热的作用。类比于电动汽车的三合一主驱系统，电动空调其实也是一个“小三合一”系统，其包括逆变器，永磁同步电机，机械涡旋结构三大部件。针对逆变器部件，目前市场上主流的方案采用三相全桥拓扑，功率器件多采用TO247封装的IGBT单管或者基于IGBT的IPM模块，以实现对压缩机在不同工况下的转速控制。
图1: 电动空调压缩机系统框图
针对车用电动空调的应用，致瞻科技团队经过分析得出以下结论：针对纯电动汽车，尤其是针对800V电压平台，电动空调压缩机控制器的首选方案将是SiC MOSFET方案，传统的IGBT方案很难与之竞争。当然，由于行业的固有惯性以及目前热管理行业较为粗放的设计水平，800V的IGBT方案在初期或许会占有相当的份额。但随着国内SiC方案设计开发能力的提高，基于IGBT的传统方案会被SiC方案逐步蚕食。致瞻科技表示，空调压缩机的轻载工况极适合SiC MOSFET器件：
800V平台电动车平台得以推广的最重要的原因是：能够通过快充和超充来实现较短的充电时间，降低用户的续航里程焦虑，提升用户的使用体验。将来主流的超充能够使得动力电池在12~15min内从20%充到80%的电量。在这一过程中，动力电池会在短时间内急剧升温，这就需要大功率800V电动空调压缩机给动力电池快速降温，以确保充电的安全和效率。在这种场景下，空调压缩机的功率能力需要设计在峰值10kW左右。
然而电动汽车用户在日常使用多处于轻载工况：春秋季的压缩机功率消耗一般在300~1000W, 夏冬季多在1000~2500W，非常适合SiC MOSFET器件的优势发挥：其单极性导通特性使得导通损耗较低，较高的开关切换速度以及低反向恢复损耗的体二极管特性使得开关损耗急剧降低。
相比之下，硅基的IGBT器件及其反并联换流二极管作为一种双极性器件，需要通过较强的电导调制效应来降低通态压降（尤其针对1200V及以上高电压器件），但与此同时也造成明显的拖尾电流和更高的反向恢复电荷，从而造就较高的关断损耗，反向恢复损耗以及开通损耗。致瞻科技团队分别针对400V以及800V电压平台的电动空调压缩机控制器在同样的运行工况（同样电压、电流、功率因数、调制因数以及开关频率等）下进行了量化评估： 1. 针对400V电压平台，在轻载情况下，SiC MOSFET方案在开关损耗以及开通损耗均有明显优势，整体损耗仅为传统IGBT方案的17%~29%；重载情况下主要表现为开关损耗优势明显，整体损耗为传统IGBT方案的40%左右。2. 针对800V电压平台，因1200V IGBT器件以及反并联二极管开关损耗特性较差，SiC MOSFET方案的优势更为明显。轻载情况下整体损耗仅为传统IGBT IPM方案的11%~17%，而在重载工况下则变为23%~27%左右。400V电压平台IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件损耗对比
800V电压平台IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件损耗对比
除此之外，SiC MOSFET方案在扩宽压缩机的运行边界，NVH性能提升，促进电动空调压缩机系统的小型化及持续降本能力方面具有优势，致瞻科技表示：“针对电动汽车空调压缩机应用，从整车系统来分析，SiC MOSFET方案其实远比传统IGBT方案更具性价比”。
针对此次与意法半导体的合作，致瞻科技总经理史经奎博士表示：“通过创新技术推动可持续发展是致瞻科技与ST共同的目标。我们通过与ST的深入合作，将ST在SiC器件领域的先进优势与致瞻科技的创新设计和先进工艺相结合，加快了电动汽车空调压缩机设计创新，实现了在性能、能效和续航里程等方面的突破。未来，双方将持续扩大合作，为中国新能源汽车产业的创新发展做出贡献。”意法半导体是SiC技术领域的先行者，具备先进的碳化硅生产技术和完整的产品垂直整合供应链。在汽车和工业领域，ST已同众多优秀企业开展广泛合作，产品可靠性受到行业普遍认可。同时，意法半导体还在持续投入扩大产能，并不断提升碳化硅制造技术。意法半导体执行副总裁、中国区总裁曹志平表示：“意法半导体持续25年专注于碳化硅领域的研发投入，拥有大量关键技术专利组合。ST的SiC技术已被广泛用于电动汽车车载充电、电驱逆变器和直流-直流变换器（DC-DC）。现在，很高兴看到我们的SiC技术赋能致瞻科技，成功实现了业内首个电动汽车空调压缩机控制器设计创新。意法半导体将继续在推动中国汽车电气化和数字化转型中发挥重要作用，为支持汽车节能行动贡献一份力量。”
来源：碳化硅芯观察
