隨著電動(dòng)汽車（EV）市場的快速發(fā)展，對于高效能、緊湊型電動(dòng)壓縮機(jī)的需求日益增長。碳化硅（Silicon Carbide, SiC）功率模塊由于其出色的電氣性能和高可靠性，在提高電動(dòng)壓縮機(jī)效率方面顯示出巨大潛力。芯片代理商-中芯巨能將為您介紹如何利用SiC模塊來優(yōu)化電動(dòng)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，并分析相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

電動(dòng)壓縮機(jī)是電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中的核心組件之一，它直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的能耗效率以及車輛的續(xù)航里程。采用基于SiC材料的半導(dǎo)體器件能夠顯著降低開關(guān)損耗、提高工作溫度范圍，從而為設(shè)計(jì)更加高效的電動(dòng)壓縮機(jī)提供了可能。

圖1.電動(dòng)壓縮機(jī)是電動(dòng)汽車熱管理的核心部件

SiC模塊特性概述

低導(dǎo)通電阻：與傳統(tǒng)的硅基器件相比，SiC具有更低的導(dǎo)通電阻，有助于減少能量損失。

高溫操作能力：SiC可以在高達(dá)200°C以上的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，這使得散熱設(shè)計(jì)可以更為簡化。

快速開關(guān)速度：極高的載流子遷移率允許SiC器件實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度，減少了開關(guān)過程中的能量消耗。

電動(dòng)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 選擇合適的SiC模塊

根據(jù)應(yīng)用需求挑選適合的SiC MOSFET或二極管類型。考慮因素包括但不限于最大電流、電壓等級、封裝形式等。

2. 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對特定應(yīng)用場景設(shè)計(jì)最有效的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，三相全橋逆變器常用于驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)；而單端反激式轉(zhuǎn)換器則適用于直流無刷電機(jī)控制。

3. 散熱管理

雖然SiC器件本身對溫度有較好的耐受性，但良好的散熱方案仍然是保證長期可靠性的關(guān)鍵。可采用液冷或者風(fēng)冷方式，并結(jié)合熱仿真軟件輔助設(shè)計(jì)。

4. 控制算法開發(fā)

開發(fā)精確高效的控制策略以最大化利用SiC的優(yōu)勢。這可能涉及到先進(jìn)的PWM調(diào)制技術(shù)、矢量控制方法等高級控制理論的應(yīng)用。

5. 安全保護(hù)機(jī)制

考慮到高壓環(huán)境下的安全問題，必須建立完善的安全防護(hù)體系，如過壓/欠壓保護(hù)、短路檢測及處理等功能。

附安森美的汽車級SiC MOSFET 分立器件

安森美有豐富的SiC MOSFET 產(chǎn)品，可以覆蓋市面上所有的分立電動(dòng)壓縮機(jī)方案。以下是適用于800V平臺(tái)電動(dòng)壓縮機(jī)的產(chǎn)品型號。

結(jié)論

通過采用SiC模塊，不僅可以大幅度提升電動(dòng)壓縮機(jī)的工作效率，同時(shí)還能減小體積重量，延長使用壽命。然而，這也要求設(shè)計(jì)師們具備深厚的電力電子知識(shí)背景以及跨學(xué)科合作的能力。未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，預(yù)計(jì)基于SiC的解決方案將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。