除了主驱逆变器,汽车芯片中的功率半导体还在OBC(车载充电机)、DC-DC转换器、电动压缩机、PTC加热器以及快充桩等关键环节中发挥重要作用。功率半导体占汽车芯片市场的22%,其应用场景覆盖了从车辆内部电能转换到外部充电基础设施的全链条,是电动化浪潮下不可或缺的核心器件。
功率半导体的主要应用场景
在主驱逆变器之外,功率半导体的其他关键应用包括:
- OBC(车载充电机):负责将交流电网电能转换为直流电为动力电池充电,其内部大量使用IGBT和MOSFET等功率器件进行整流和功率因数校正。
- DC-DC转换器:将高压动力电池的电能转换为低压(如12V/48V)为车载电子系统供电,同样依赖功率半导体实现高效电压变换。
- 热管理(电动压缩机、PTC加热器):电动压缩机用于驱动空调系统,PTC加热器用于座舱和电池加热,两者均需要功率器件进行驱动和控制,以调节压缩机转速和加热功率。
- 快充桩:作为外部充电设备,其内部整流和DC-DC模块使用高功率IGBT或SiC器件,实现大功率直流快充。
各场景的器件类型与功率等级
不同应用场景对功率半导体的需求差异显著,主要体现在功率等级和器件类型上:
| 应用场景 | 典型功率等级 | 常用器件类型 |
|---|---|---|
| 主驱逆变器 | 数十kW至数百kW | IGBT模块、SiC MOSFET模块 |
| OBC(车载充电机) | 3.3kW-22kW | IGBT、高压MOSFET、SiC MOSFET |
| DC-DC转换器 | 1kW-3kW | MOSFET、IGBT |
| 电动压缩机 | 2kW-8kW | IGBT、智能功率模块(IPM) |
| PTC加热器 | 1kW-7kW | MOSFET、IGBT |
| 快充桩 | 数十kW至数百kW | IGBT模块、SiC MOSFET模块 |
常见问题
功率半导体在OBC和DC-DC中的用量占比如何?
功率半导体在OBC和DC-DC中的用量占整车功率半导体总量的一定比例,具体数值因车型和配置而异。通常,OBC和DC-DC的功率等级相对主驱逆变器较小,但其对转换效率和可靠性要求很高,因此仍会采用高效IGBT或SiC器件。
热管理系统中功率半导体的作用是什么?
在电动压缩机中,功率半导体驱动电机运转,实现空调制冷或热泵制热;在PTC加热器中,功率器件控制加热元件的通断和功率,以调节加热温度。两者都直接关系到车辆续航和乘客舒适度。
快充桩对功率半导体有何特殊要求?
快充桩需要处理极高的功率(通常超过50kW),因此其功率半导体必须具有高耐压、大电流承载能力和良好的热管理性能。IGBT模块和SiC MOSFET模块是快充桩中的主流选择,能够支持更快的充电速度和更高的系统效率。