碳化硅与空调行业碰撞出的“火花” 

 

碳化硅作为综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料，目前已经在5G通信、PD快充、新能源汽车等新兴领域崭露头角。

 

在家电行业，特别是空调市场，随着2020年新能效标准的实施，变频空调占据市场绝对主导地位，提高家电能效成为家电技术重要的发展方向，第三代半导体碳化硅制做的高温、高频、大功率、高压器件技术成为热点。

 

 

目前家电行业需要的碳化硅功率器件主要有两类，一类是碳化硅肖特基二极管，一类是碳化硅MOSFET。碳化硅肖特基二极管主要用于功率因数校正电路 PFC，碳化硅MOSFET则是用于电机驱动等。

 

据了解，为了进一步减小电抗体积，优化整体结构，提高系统的效率，变频空调PFC频率已由目前主流的40kHZ，向70kHZ、80kHZ甚至更高的频率设计。由于普通的肖特基二极管电压最高250V，满足不了空调的高压要求，碳化硅肖特基二极管则可以满足这一需求。

 

据陈秋明介绍说：“空调是目前 Wolfspeed 在电子和电力行业主要耕耘且有一定应用成果的领域。Wolfspeed 碳化硅（SiC）二极管已经应用于家用和商用空调行业，相比于传统的快恢复二极管，Wolfspeed 碳化硅二极管拥有更好的系统优势，在空调行业的需求正在持续扩大。另外，在空调压缩机的驱动上，目前已经有客户在使用 Wolfspeed 碳化硅 MOSFET 替代原有的 IGBT 方案，以实现更高的效率和功率密度。”

 

谈到碳化硅技术应用于空调的优势，陈秋明以目前市场上的 3HP 空调为例进行介绍。他告诉记者，目前 3HP 空调在 AC/DC 部分采用的是传统的 PFC Boost 方案。由于碳化硅二极管的反向恢复几乎为零且不受温度影响，可以实现更低的开关损耗、更高的效率、更低的尖峰电压和振铃时间。

 

其中，碳化硅技术更高的效率，可以减少空调散热器的尺寸和热管理的成本；更高的开关频率，可以降低磁性元件的成本和尺寸，实现更高的功率密度；低电磁干扰则可以降低电磁干扰滤波器的成本和解决电磁干扰的研发成本。碳化硅的这些优势，最终帮助客户实现更低的系统成本和更优的系统性能。

得益于碳化硅技术的突出优势，目前，碳化硅二极管在空调行业的需求正处于爬坡阶段。“未来几年，碳化硅产品在头部空调制造商或者其 OEM 制造商的应用渗透率会越来越高。Wolfspeed 碳化硅产品在空调行业也将随之实现快速增长。”陈秋明非常看好碳化硅技术在空调行业的应用前景。

 

 国内企业在家电领域进展 

 

2019年3月，美的集团曾宣布与三安光电全资子公司三安集成电路战略合作，双方将共同成立“第三代半导体联合实验室”，共同推动第三代半导体功率器件的创新发展，加快国产芯片导入白色家电行业。

据了解，美的集团一直在积极寻找第三代半导体在白电领域替代方案的国内供应商，以及导入第三代半导体的新型应用场景。美的集团选择与三安集成电路战略合作，主要是看重三安集成电路在化合物半导体领域的优势。未来双方合作方向将聚焦在GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）半导体功率器件芯片与IPM（智能功率模块）的应用电路相关研发，并逐步导入白色家电领域。

 

据三安集成称：已有空调厂家开始选用三安的碳化硅二极管，该产品比普通硅快回复二极管具有更小的正向导通压降，更高的耐温及高温稳定性，PFC效率能提升0.7 ~ 1个百分点，由于碳化硅二极管反向恢复时间很短，减轻了加在IGBT上的漏电流，使IGBT温度降低约2℃～3℃，提升了系统整体性能和可靠性。

无桥图腾柱PFC因其良好的高效率，电路简单，EMI特性好，受到业界的追捧，第三代宽禁带器件，如碳化硅，由于开关速度快，导通损耗小，耐压高，无反向恢复时间和高稳定性的特点，可以将图腾柱PFC电路的优势最大的发挥出来。

 广阔的市场空间 

 

虽然相比传统硅技术，碳化硅材料具备优异的物理特性，但在制造和生产工艺上相比硅具有更严格的要求，而且成本会更高。家电行业一直以来对成本的要求非常严格，目前，碳化硅技术在其他家电产品领域更多的还是处于推广阶段。

 

目前可以说碳化硅功率器件在家电上的应用还局限于空调，但是空调成为家电行业“认识”碳化硅技术的一个“窗口”。

 

三安集成市场销售负责人说ye曾表示：“事实上，2020年7月1日起实行新能效标准以来，空调对能效要求更高，进一步增加了碳化硅功率器件在空调上的应用机会。“目前，主流空调厂商都有在布局碳化硅项目，合作需求会进一步扩大。”

 

同时，家电行业不只是空调变频化，能效水平需要提升，洗衣机、冰箱等都在加速变频化，能效提升也是产品升级的重要指标。因此，碳化硅技术在家电行业的应用前景将非常广阔。

 

据陈秋明介绍，随着各国颁布更高的能效规范，在家电领域，除了碳化硅二极管有潜在的市场机会，一些追求更高效率和更高功率密度的空调、电视机会采用目前最高效的基于碳化硅 MOSFET 的无桥图特柱 PFC 的方案。

 

目前，Wolfspeed 已经与各大家电厂商接触，并积极推广 Wolfspeed 碳化硅二极管、碳化硅 MOSFET 和 RF GAN。其中，在电视机领域，Wolfspeed 已经和重点客户合作应用碳化硅 MOSFET 和碳化硅二极管。“同时，Wolfspeed 不仅与家电企业进行合作，也与其相关的 OEM 厂商合作开发使用碳化硅器件的产品，让他们体验更优秀的性能和产品。”陈秋明强调。

来源：碳化硅芯观察