今日，意法半導體在官微宣布，公司與聚焦于碳化硅（SiC）半導體功率模塊和先進(jìn)電力電子變換系統的中國高科技公司致瞻科技合作，為致瞻科技電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載空調中的壓縮機控制器提供意法半導體第三代碳化硅（SiC）MOSFET技術(shù)。

根據意法半導體的披露，采用高能效的控制器可為新能源汽車(chē)帶來(lái)諸多益處，以動(dòng)力電池容量60kWh~90kWh的中型電動(dòng)汽車(chē)為例，續航里程可延長(cháng)5到10公里，在夏冬兩季的效果尤為明顯。

致瞻科技是目前全球唯一一家在新能源汽車(chē)400V、800V、1000V平臺上成熟量產(chǎn)基于碳化硅方案的空調壓縮機控制器的供應商，到2023年底已有可觀(guān)出貨量。

意法半導體的第三代1200V SiC MOSFET先進(jìn)技術(shù)具有率先行業(yè)的工藝穩定性、性能、能效和可靠性。致瞻科技的電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機控制器選用了意法半導體第三代1200V SiC MOSFET技術(shù)，結合致瞻科技專(zhuān)有的散熱解決方案和熱保護設計，可以極大提高電動(dòng)汽車(chē)的熱管理能效，提升空調壓縮機的NVH性能（噪音，震動(dòng)和聲震粗糙度），推動(dòng)電動(dòng)壓縮機系統小型化，并具備更強的持續降本能力。在保證夏冬季同樣的續航里程情況下，該方案可以幫助整車(chē)廠(chǎng)大幅節省單車(chē)總系統成本。

根據致瞻科技在2022年底發(fā)布的信息表示，不同于傳統燃油汽車(chē)，電動(dòng)車(chē)的空調系統不僅要承擔座艙熱管理，還要承擔電池系統的熱管理，電機電控的熱管理。而壓縮機是空調系統的心臟，其作用是將低溫低壓的氣態(tài)冷媒從低壓側吸入壓縮，使其溫度和壓力升高，再泵入高壓側成為高溫高壓的氣態(tài)冷媒，由此往復循環(huán)，實(shí)現外部環(huán)境熱量和汽車(chē)系統熱量換熱的作用。

類(lèi)比于電動(dòng)汽車(chē)的三合一主驅系統，電動(dòng)空調其實(shí)也是一個(gè)“小三合一”系統，其包括逆變器，永磁同步電機，機械渦旋結構三大部件。

針對逆變器部件，目前市場(chǎng)上主流的方案采用三相全橋拓撲，功率器件多采用TO247封裝的IGBT單管或者基于IGBT的IPM模塊，以實(shí)現對壓縮機在不同工況下的轉速控制。

圖1: 電動(dòng)空調壓縮機系統框圖

針對車(chē)用電動(dòng)空調的應用，致瞻科技團隊經(jīng)過(guò)分析得出以下結論：針對純電動(dòng)汽車(chē)，尤其是針對800V電壓平臺，電動(dòng)空調壓縮機控制器的首選方案將是SiC MOSFET方案，傳統的IGBT方案很難與之競爭。

當然，由于行業(yè)的固有慣性以及目前熱管理行業(yè)較為粗放的設計水平，800V的IGBT方案在初期或許會(huì )占有相當的份額。但隨著(zhù)國內SiC方案設計開(kāi)發(fā)能力的提高，基于IGBT的傳統方案會(huì )被SiC方案逐步蠶食。

致瞻科技表示，空調壓縮機的輕載工況極適合SiC MOSFET器件：

800V平臺電動(dòng)車(chē)平臺得以推廣的最重要的原因是：能夠通過(guò)快充和超充來(lái)實(shí)現較短的充電時(shí)間，降低用戶(hù)的續航里程焦慮，提升用戶(hù)的使用體驗。將來(lái)主流的超充能夠使得動(dòng)力電池在12~15min內從20%充到80%的電量。在這一過(guò)程中，動(dòng)力電池會(huì )在短時(shí)間內急劇升溫，這就需要大功率800V電動(dòng)空調壓縮機給動(dòng)力電池快速降溫，以確保充電的安全和效率。在這種場(chǎng)景下，空調壓縮機的功率能力需要設計在峰值10kW左右。

然而電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在日常使用多處于輕載工況：春秋季的壓縮機功率消耗一般在300~1000W, 夏冬季多在1000~2500W，非常適合SiC MOSFET器件的優(yōu)勢發(fā)揮：其單極性導通特性使得導通損耗較低，較高的開(kāi)關(guān)切換速度以及低反向恢復損耗的體二極管特性使得開(kāi)關(guān)損耗急劇降低。

相比之下，硅基的IGBT器件及其反并聯(lián)換流二極管作為一種雙極性器件，需要通過(guò)較強的電導調制效應來(lái)降低通態(tài)壓降（尤其針對1200V及以上高電壓器件），但與此同時(shí)也造成明顯的拖尾電流和更高的反向恢復電荷，從而造就較高的關(guān)斷損耗，反向恢復損耗以及開(kāi)通損耗。

致瞻科技團隊分別針對400V以及800V電壓平臺的電動(dòng)空調壓縮機控制器在同樣的運行工況（同樣電壓、電流、功率因數、調制因數以及開(kāi)關(guān)頻率等）下進(jìn)行了量化評估：

1.針對400V電壓平臺，在輕載情況下，SiC MOSFET方案在開(kāi)關(guān)損耗以及開(kāi)通損耗均有明顯優(yōu)勢，整體損耗僅為傳統IGBT方案的17%~29%；重載情況下主要表現為開(kāi)關(guān)損耗優(yōu)勢明顯，整體損耗為傳統IGBT方案的40%左右。

2.針對800V電壓平臺，因1200V IGBT器件以及反并聯(lián)二極管開(kāi)關(guān)損耗特性較差，SiC MOSFET方案的優(yōu)勢更為明顯。輕載情況下整體損耗僅為傳統IGBT IPM方案的11%~17%，而在重載工況下則變?yōu)?/span>23%~27%左右。

400V電壓平臺IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件損耗對比

800V電壓平臺IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件損耗對比

除此之外，SiC MOSFET方案在擴寬壓縮機的運行邊界，NVH性能提升，促進(jìn)電動(dòng)空調壓縮機系統的小型化及持續降本能力方面具有優(yōu)勢，致瞻科技表示：“針對電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機應用，從整車(chē)系統來(lái)分析，SiC MOSFET方案其實(shí)遠比傳統IGBT方案更具性?xún)r(jià)比。”

針對此次與意法半導體的合作，致瞻科技總經(jīng)理史經(jīng)奎博士表示：“通過(guò)創(chuàng )新技術(shù)推動(dòng)可持續發(fā)展是致瞻科技與ST共同的目標。我們通過(guò)與ST的深入合作，將ST在SiC器件領(lǐng)域的先進(jìn)優(yōu)勢與致瞻科技的創(chuàng )新設計和先進(jìn)工藝相結合，加快了電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機設計創(chuàng )新，實(shí)現了在性能、能效和續航里程等方面的突破。未來(lái)，雙方將持續擴大合作，為中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng )新發(fā)展做出貢獻?！?/span>

意法半導體是SiC技術(shù)領(lǐng)域的先行者，具備先進(jìn)的碳化硅生產(chǎn)技術(shù)和完整的產(chǎn)品垂直整合供應鏈。在汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域，ST已同眾多優(yōu)秀企業(yè)開(kāi)展廣泛合作，產(chǎn)品可靠性受到行業(yè)普遍認可。同時(shí)，意法半導體還在持續投入擴大產(chǎn)能，并不斷提升碳化硅制造技術(shù)。

意法半導體執行副總裁、中國區總裁曹志平表示：“意法半導體持續25年專(zhuān)注于碳化硅領(lǐng)域的研發(fā)投入，擁有大量關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利組合。ST的SiC技術(shù)已被廣泛用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電、電驅逆變器和直流-直流變換器（DC-DC）?，F在，很高興看到我們的SiC技術(shù)賦能致瞻科技，成功實(shí)現了業(yè)內首個(gè)電動(dòng)汽車(chē)空調壓縮機控制器設計創(chuàng )新。意法半導體將繼續在推動(dòng)中國汽車(chē)電氣化和數字化轉型中發(fā)揮重要作用，為支持汽車(chē)節能行動(dòng)貢獻一份力量?！?/span>