今日（1月18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電力電子變換系統(tǒng)的中國高科技公司致瞻科技合作，為致瞻科技電動汽車車載空調(diào)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。

根據(jù)意法半導體的披露，采用高能效的控制器可為新能源汽車帶來諸多益處，以動力電池容量60kWh~90kWh的中型電動汽車為例，續(xù)航里程可延長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400V、800V、1000V平臺上成熟量產(chǎn)基于碳化硅方案的空調(diào)壓縮機控制器的供應商，到2023年底已有可觀出貨量。

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

根據(jù)致瞻科技在2022年底發(fā)布的信息表示，不同于傳統(tǒng)燃油汽車，電動車的空調(diào)系統(tǒng)不僅要承擔座艙熱管理，還要承擔電池系統(tǒng)的熱管理，電機電控的熱管理。而壓縮機是空調(diào)系統(tǒng)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)，實現(xiàn)外部環(huán)境熱量和汽車系統(tǒng)熱量換熱的作用。

類比于電動汽車的三合一主驅(qū)系統(tǒng)，電動空調(diào)其實也是一個“小三合一”系統(tǒng)，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，以實現(xiàn)對壓縮機在不同工況下的轉(zhuǎn)速控制。

圖1: 電動空調(diào)壓縮機系統(tǒng)框圖

針對車用電動空調(diào)的應用，致瞻科技團隊經(jīng)過分析得出以下結論：針對純電動汽車，尤其是針對800V電壓平臺，電動空調(diào)壓縮機控制器的首選方案將是SiC MOSFET方案，傳統(tǒng)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方案在初期或許會占有相當?shù)姆蓊~。但隨著國內(nèi)SiC方案設計開發(fā)能力的提高，基于IGBT的傳統(tǒng)方案會被SiC方案逐步蠶食。

致瞻科技表示，空調(diào)壓縮機的輕載工況極適合SiC MOSFET器件：

800V平臺電動車平臺得以推廣的最重要的原因是：能夠通過快充和超充來實現(xiàn)較短的充電時間，降低用戶的續(xù)航里程焦慮，提升用戶的使用體驗。將來主流的超充能夠使得動力電池在12~15min內(nèi)從20%充到80%的電量。在這一過程中，動力電池會在短時間內(nèi)急劇升溫，這就需要大功率800V電動空調(diào)壓縮機給動力電池快速降溫，以確保充電的安全和效率。在這種場景下，空調(diào)壓縮機的功率能力需要設計在峰值10kW左右。

然而電動汽車用戶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，較高的開關切換速度以及低反向恢復損耗的體二極管特性使得開關損耗急劇降低。

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，需要通過較強的電導調(diào)制效應來降低通態(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，從而造就較高的關斷損耗，反向恢復損耗以及開通損耗。

致瞻科技團隊分別針對400V以及800V電壓平臺的電動空調(diào)壓縮機控制器在同樣的運行工況（同樣電壓、電流、功率因數(shù)、調(diào)制因數(shù)以及開關頻率等）下進行了量化評估：

1. 針對400V電壓平臺，在輕載情況下，SiC MOSFET方案在開關損耗以及開通損耗均有明顯優(yōu)勢，整體損耗僅為傳統(tǒng)IGBT方案的17%~29%；重載情況下主要表現(xiàn)為開關損耗優(yōu)勢明顯，整體損耗為傳統(tǒng)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)二極管開關損耗特性較差，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(tǒng)IGBT IPM方案的11%~17%，而在重載工況下則變?yōu)?3%~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，促進電動空調(diào)壓縮機系統(tǒng)的小型化及持續(xù)降本能力方面具有優(yōu)勢，致瞻科技表示：“針對電動汽車空調(diào)壓縮機應用，從整車系統(tǒng)來分析，SiC MOSFET方案其實遠比傳統(tǒng)IGBT方案更具性價比”。

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：“通過創(chuàng)新技術推動可持續(xù)發(fā)展是致瞻科技與ST共同的目標。我們通過與ST的深入合作，將ST在SiC器件領域的先進優(yōu)勢與致瞻科技的創(chuàng)新設計和先進工藝相結合，加快了電動汽車空調(diào)壓縮機設計創(chuàng)新，實現(xiàn)了在性能、能效和續(xù)航里程等方面的突破。未來，雙方將持續(xù)擴大合作，為中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展做出貢獻?！?/p>

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

意法半導體執(zhí)行副總裁、中國區(qū)總裁曹志平表示：“意法半導體持續(xù)25年專注于碳化硅領域的研發(fā)投入，擁有大量關鍵技術專利組合。ST的SiC技術已被廣泛用于電動汽車車載充電、電驅(qū)逆變器和直流-直流變換器（DC-DC）?，F(xiàn)在，很高興看到我們的SiC技術賦能致瞻科技，成功實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)首個電動汽車空調(diào)壓縮機控制器設計創(chuàng)新。意法半導體將繼續(xù)在推動中國汽車電氣化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，為支持汽車節(jié)能行動貢獻一份力量?！?/p>

來源：意法半導體、碳化硅芯觀察

審核編輯：劉清