【導讀】壓ya縮suo機ji是shi汽qi車che空kong調tiao的de一yi部bu分fen


，它ta通tong過guo將jiang製zhi冷leng劑ji壓ya縮suo成cheng高gao溫wen高gao壓ya的de氣qi體ti，再zai流liu經jing冷leng凝ning器qi

，節jie流liu閥fa和he蒸zheng發fa器qi換huan熱re
，實shi現xian車che內nei外wai的de冷leng熱re交jiao換huan。傳chuan統tong燃ran油you車che以yi發fa動dong機ji為wei動dong力li
，通tong過guo皮pi帶dai帶dai動dong壓ya縮suo機ji轉zhuan動dong。而er新xin能neng源yuan汽qi車che脫tuo離li了le發fa動dong機ji，以yi電dian池chi為wei動dong力li，通tong過guo逆ni變bian電dian路lu驅qu動dong無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji，從cong而er帶dai動dong壓ya縮suo機ji轉zhuan動dong
，實shi現xian空kong調tiao的de冷leng熱re交jiao換huan功gong能neng。

壓ya縮suo機ji是shi汽qi車che空kong調tiao的de一yi部bu分fen，它ta通tong過guo將jiang製zhi冷leng劑ji壓ya縮suo成cheng高gao溫wen高gao壓ya的de氣qi體ti
，再zai流liu經jing冷leng凝ning器qi

，節jie流liu閥fa和he蒸zheng發fa器qi換huan熱re，實shi現xian車che內nei外wai的de冷leng熱re交jiao換huan。傳chuan統tong燃ran油you車che以yi發fa動dong機ji為wei動dong力li，通tong過guo皮pi帶dai帶dai動dong壓ya縮suo機ji轉zhuan動dong。而er新xin能neng源yuan汽qi車che脫tuo離li了le發fa動dong機ji，以yi電dian池chi為wei動dong力li，通tong過guo逆ni變bian電dian路lu驅qu動dong無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji，從cong而er帶dai動dong壓ya縮suo機ji轉zhuan動dong
，實shi現xian空kong調tiao的de冷leng熱re交jiao換huan功gong能neng。

電動壓縮機是電動汽車熱管理的核心部件，除了可以提高車廂內的環境舒適度（製冷
，製熱）以外
，對電驅動係統的溫度控製發揮著重要作用，對電池的使用壽命、充電速度和續航裏程都至關重要。

圖1：電動壓縮機是電動汽車熱管理的核心部件

電動壓縮機需要滿足不斷增加的需求，包括低成本、更小尺寸、更少振動和噪聲、更高功率級別和更高能效。這些需求離不開壓縮機驅動電路的設計和優秀器件的選型。

電動壓縮機控製器功能包括：驅動電機（逆變電路：包括ASPM模塊或者分立器件搭載門極驅動，電壓/電流/溫度檢測及保護，電源轉換），與主機通訊（CAN或者LIN ,接收啟停和轉速信號
，發送運行狀態和故障信號）等
，安森美(onsemi)在每個電路中都有相應的解決方案（圖1）。上一章，我們探討了安森美ASPM模塊方案在電動壓縮機上的應用，本文主要討論SiC MOSFET 分立方案。

圖2 電動壓縮機驅動電路控製框圖

SiC MOSFET的優勢

在上一章中
，我們說明了安森美ASPM功率模塊在與分立器件對比上有極大的優勢。如果能把SiC MOSEFT放進ASPM模塊是最好的選擇。在SiC MOSEFT ASPM模塊量產之前
，SiC MOSEFT分立器件由於其特有的優勢
，成為眾多電動壓縮機開發客戶的選擇。

表1：SiC 與Si 器件的物理特性對比

1. SiC MOSEFT材料的優勢

• 10倍於si器件電介質擊穿場強：更小的晶圓厚度和Rsp，更小的熱阻

• 3倍以上的熱導率：更小的熱阻和更快的電子傳輸速度

• 2倍多的電子飽和速度：更快的開關速度

• 更好的熱特性：更高的溫度範圍

2.更小損耗及更高效率

以安森美適用於800V平台電動壓縮機應用的最新一代IGBT AFGHL40T120RWD 和SiC MOSEFT NVHL070N120M3S 為例
，根據I/V曲線來評估開通損耗

， 在電流小於18A時，SiC MOSEFT的導通壓降都是小於IGBT的
，而電動壓縮機在路上行駛過程中，運行電流會一直處於18A區間以內。即使是在極限電流下運行（比如快充時，壓縮機給電池散熱）

，有效值接近20A，在電流的整個正弦波周期內，SiC MOSEFT的開通損耗也不比IGBT差。

圖3： SiC 和IGBT 開通特性對比

開關損耗方麵，SiC MOSEFT優勢明顯，雖然規格書的測試條件有一些差異
，但可以看出SiC MOSEFT的開關損耗遠小於IGBT。

 表2： SiC 和IGBT 開關特性對比

我們使用相近電流規格的IGBT和SiC MOSEFT做了效率仿真，在最大功率下，SiC 也可以有效提高係統效率，尤其在高頻應用中更加明顯。

圖4： 電機應用中相近規格的IGBT /SiC MOSEFT效率對比

3. 適用於高頻應用

SiC MOSEFT是單極性器件，沒有拖尾電流，開關速度比IGBT快很多。這也是SiC MOSEFT比IGBT更適用於更高頻率應用的原因。而更高的驅動頻率（比如20kHz或以上），keyiyouxiaojianxiaodianjidezaoyin，tigaodianjixitongdexiangyingsuduhedongtaikangganraonengli。lingwai，genggaodepinlvyehuijianshaoshuchudianliudexieboshizhen

，bingnengyouxiaojiangdidianjizhongxianquandesunhao
，jinertigaoyasuojidezhengtixiaolv。

4. 減少死區時間

在電機應用中
，為了使開關管工作可靠，避免由於關斷延遲效應造成上下橋臂直通，需要設置死區時間 tdead，也就是上下橋臂同時關斷時間。由於SiC MOSEFT的開關時間短
，實際應用中，可以使用更小的死區時間，以改善死區大，輸出波形失真大，驅動器輸出效率低的問題。

SiC MOSEFT使用過程需要考慮的問題及解決辦法

1.驅動電壓的選擇

從不同驅動電壓下的I/V曲線可以看出，Rdson會隨著驅動電壓的增加而減小。這意味著

，驅動電壓越高
，導通損耗越小。但是芯片門極的耐壓是有限的，比如NVH4L070N120M3S的驅動Vgs電壓範圍是−10V/+22V，而在SiC MOSEFT開關過程中，Vgs也會受到高dV/dt和雜散電感的影響，疊加一些電壓毛刺
，因此Vgs有必要留一定的裕量。

圖5：不同Vgs下的I-V曲線

2. 低閾值電壓Vth的問題

SiC MOSEFT（尤其是平麵型）具有在2V-4V範圍內的典型閾值電壓Vth
，並且隨著溫度的升高，Vth還會進一步降低。另一方麵，在半橋應用電路中
，由於SiC MOSEFT開關過程的dV/dt很高
，通過另一個半橋SiC MOSEFT的Cgd產生的電流流過驅動電阻，在Vgs上產生一個電壓
，如果此電壓高於Vthjiuhuiyouwudaotongdefengxian，daozhishangxiaqiaozhitong。yincizaiqudongshangzengjiafudianyashiyoubiyaode。congxiatukeyikanchu
，zengjiafudianyahaikeyiyouxiaojiangdiguanduansunhao
，shixitongxiaolvjinyibutisheng。

使用安森美第三代的SiC MOSEFT，我們推薦使用+18V / -3V的電源驅動。

圖6：不同關斷電壓下的開關損耗對比

圖7： Vth-溫度特性曲線

3.有限的短路能力

SiC MOSEFT相對IGBT來說
，Die尺寸很小，電流密度很高
，發生短路時很難在極短時間內把短路產生的熱量傳導出去。另外
，SiC MOSFET 在電流過大的情況下不會出現急劇飽和行為（與IGBT不同）。短路發生時電流很容易達到額定電流額定值的 10倍以上，與IGBT 運行相比要高得多。

因此
，SiC MOSEFT的短路耐受時間相對較短，某些產品低於2us。快速檢測和快速關斷對於 SiC MOSEFT的可靠運行和長壽命至關重要。帶有去飽和功能（desat）的驅動芯片可以應對這種情況。通過設置desat保護的響應時間低於1us，可以有效的應對電動壓縮機運行過程中可能存在的短路情況。

SiC MOSEFT驅動芯片的選擇

在電動壓縮機應用中，需要應對下橋和三路上橋的電源需求
，增加負電源並不容易。針對這種情況，推薦使用自身可產生負壓

，帶有desat保護
，欠電壓保護UVLO以及過熱保護功能的專用SiC MOSEFT驅動芯片 NCV51705。基本功能如下：

Source/ Sink 電流： 6A/6A

Desat保護

可調負壓輸出：-3.4V / -5V / -8V

可調欠壓保護UVLO電壓

5V參考電壓輸出（供電給其他器件，比如隔離芯片）

過熱保護

應用電路推薦如下（下橋可以不用隔離）

圖8：NCV51705半橋應用電路

安森美的汽車級SiC MOSFET 分立器件

安森美有豐富的SiC MOSFET 產品
，可以覆蓋市麵上所有的分立電動壓縮機方案。以下是適用於800V平台電動壓縮機的產品型號。

圖9：安森美(onsemi)部分1200V SiC產品（電動壓縮機）

圖10：安森美(onsemi) SiC MOSFET 產品係列

結語

盡管SiC MOSFET在電動壓縮機應用中存在一些挑戰
，但通過合理的設計和技術選擇，可以有效地提高驅動頻率、降低係統噪聲並提高效率
，最終有助於增加電動汽車的續航裏程。

(作者：安森美公司)

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