為了達到空調新能效標準，早日實現國家提倡的“雙碳”節能減排重大戰略目標，在變頻空調使用量及用電量極高的今天，進一步提升暖通空調的能效，具有十分重大的戰略意義及經濟效益。

近十年，碳化硅MOSFET逐步大批量應用在開關電源、光伏發電、電動汽車以及高鐵、電網等領域，可靠性與性價比得到極大的提升與市場的充分驗證，大量事實表明，以碳化硅為代表的第三代半導體新時代已經到來。

以碳化硅為代表的新型半導體技術為暖通空調（HVAC）綜合性能的提升提供了新的途徑，它不僅可以進一步優化系統性能，還能顯著提升系統效率，助推暖通空調達到甚至超過新能效標準，使暖通空調具有更高的性價比。

項目介紹：

本項目由華強電子產業研究所成果轉化與技術轉移服務平臺技術方案商提供。

為了應對暖通空調行業新標準，以及電動汽車冬季續航里程焦慮，本項目方案公司提出了一種基于新型功率器件碳化硅MOSFET的壓縮機控制器解決思路，并設計了一款16kW級的控制器樣機進行驗證。

驗證結果表明，本項目將SiC MOSFET應用于暖通空調系統，不但可以顯著提升系統性能，在性價比方面還更具優勢。

節能效果更佳：從下圖可知，碳化硅MOSFET沒有拐點電壓，僅有一定的導通電阻，導通電壓與電流成線性關系，因此導通壓降和損耗大幅減少。當暖通空調在穩定工況運行時，壓縮機控制器將工作在輕載或者超輕載模式下，節能效果更佳。

圖1 碳化硅MOSFET與傳統硅IGBT導通特性對比

系統效能更高：項目公司研發團隊使用開放式功耗與效率iPowerSiM仿真軟件，對16kVA壓縮機控制器樣機進行仿真，該樣機使用Wolfspeed公司的一款40mΩ、1200V的碳化硅MOSFET。仿真結果表明，即使在16kHz的高開關頻率下，效率也可高達98.6%。

圖2基于iPowerSiM仿真軟件的16kW碳化硅控制器功耗與效率仿真

方案樣機在提升開關頻率的同時，也適當地降低了電壓變化率，避免碳化硅高dv/dt帶來的軸電流及對繞組絕緣等造成損傷，即使如此，控制器還是可以達到峰值98%的效率，比傳統硅IGBT滿載時效率高出0.5%，輕載及超輕載效率高出1%-5%。

圖3碳化硅控制器效率曲線及對比

兼容性與成本控制兼顧：為了降低成本，方案樣機還采用了空調行業常用的自舉（Bootstrap）供電模式，并在具有自主知識產權的電路及控制策略下產生負向電壓用于碳化硅柵極驅動，提高了碳化硅MOSFET使用的柵極信賴性，同時又兼顧空調行業的應用習慣、體積與成本控制。

應用場景：

本項目的技術可應用于住宅和商用暖通空調（HVAC）、電動汽車暖通空調系統。

商用暖通空調：該項目方案樣機采用的C3M0040120K碳化硅MOSFET成本幾乎接近于硅IGBT模塊，優于IPM模塊，在達到更優性能的同時幾乎不增加系統成本，具有極高的使用意義。如果再考慮由于使用碳化硅器件帶來散熱系統，隔音系統等成本的降低，以及由于高效率低損耗帶來的用電量，即最直觀的電費下降，方案樣機則具有極高的經濟價值。

電動汽車應用：電動汽車近年雨后春筍般蓬勃發展，但是冬季電動汽車的續航里程大幅縮減一直被用戶詬病，其中原因之一是電動汽車冬季制熱功能大多數采用的PTC（Positive Temperature Coefficient）電阻加熱器完成的，即使在PTC的COP（Coefficient Of Performance，加熱器單位功率制熱量）制熱能效比接近于1的情況下，還是會有大概30%-50%的電池電量被用于制熱，當然會造成續航里程大幅縮短。但是，如果采用了寬溫域、高效率的碳化硅熱泵空調系統，則可降低60%以上的能效，冬季制熱工況下的能效比COP可達2-4，是目前PTC加熱方式的數倍，最大可帶來25%左右的冬季續航里程的提升。

技術優勢：

系統效率提升1%-5%

能量損耗降低40%

開關頻率提升100%-200%

死區時間減少60%

節能效果好

自主研發

性能穩定

支持定制化開發

產品樣圖：

審核編輯 黃昊宇