低碳开启功率半导体的春天——igbt“模块”深度分析

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1、[转载]低碳开启功率半导体的春天——IGBT“模块”深度分析(2010-05-3111:27:24)转载原文标签：转载原文地址：低碳开启功率半导体的春天——IGBT“模块”深度分析作者：笑笑开颜一、引言与手机支付、物联网的炒作火爆相比，功率半导体的概念显得十分羞涩，虽然国金连出两份推介报告，但市场的认同度仍然较低。不过，随着相关个股的骚动，IGBT这样一个陌生的专业名词已经被投资者逐渐关注。随着对“IGBT”从陌生、了解到深入分析，我们发现，由于产业政策的滞后和相关基础的薄弱，IGBT等新型功率半导体应用的爆炸性前景与IGBT国产化的惨

2、淡现状形成了极为鲜明的对比。可以说，目前国内企业，特别是上市公司，在IGBT核心技术产品方面依然是空白的，炒“IGBT”仅仅是在炒预期，IGBT的国产化存在着诸多不确定性。二、前景低碳时代的热门词少不了“新能源”、“高铁”、“电动汽车”、“智能电网”，而这些产业或产品无一例外地依赖于功率半导体的应用，IGBT在目前阶段成为它们不可或缺的功率核“芯”。1.风力发电风力涡轮发电机如要获得稳定的电能并网发电，必须依靠相应的变频、逆变系统，这些都需要能够自关断电流的IGBT器件才可能实现。目前兆瓦级风电逆变器用大功率IGBT的供应商主要有英飞凌

3、、富士电气、三菱等，而主要的风电逆变器供应商如艾默生、ABB、西门子和阿尔斯通都选用了英飞凌的方案。随着我国大力推广风电产业，处于上游之上游的IGBT无疑不只是分一杯羹而已。2.太阳能发电随着绿色电力运动势头不减，太阳能的应用即光伏发电、太阳能电池等方兴未艾。为了有效地满足这些产品的需求，电源设计师正通过最少数量的器件、高度可靠性和耐用性，以高效率把太阳能源转换成所需的交流或者直流电压。因此太阳能逆变器就需要控制、驱动器和输出功率器件的正确组合。要达到这个目标，IGBT是作为功率开关的必然之选。3.高铁及轨道交通轨道车辆中广泛采用IGB

4、T模块构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频(CVCF)逆变器。国外的地铁或轻轨车辆辅助系统都采用方案多样的IGBT器件。德国针对机车牵引需开发适用于750V电网的1.7kVIGBT和用于1500V电网的3.3kVIGBT模块，简化了牵引逆变器主电路的结构。日本的700系电动车组的三点式主变流器．采用大功率平板型IGBT(2500V/1800A)，整流器和逆变器的每个桥臂可用1个IGBT元件，从而使IGBT组件在得到简化的同时，功率单元总体结构也变得紧凑。我国引进法国Alstom公司的200km／h动车组中，主变流器的开关使用耐压高达

5、6500V／600A的IGBT器件，辅助变流器采用开关频率为1950Hz的PWM技术，由3台双IGBT和相关反并联二极管组成，每台双IGBT组成三相中的一相；上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330V的IGBT构成2点式逆变器直接逆变；广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重直-直变换器带高频变压器实现电气隔离；深圳地铁一期采用6个用作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IGBT模块完成牵引逆变功能：天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相直一交逆变器，辅助电源的逆变器采用IGBT元件的逆变器，开关容量为3

6、300V／800A。4.电动汽车电动汽车最关键的瓶颈是电机驱动控制和充放电，这些更离不开由IGBT组成的逆变桥。北京理工大学、天津大学、中科院等机构都在研究电动车的样车、仿真车时都采用了英飞凌(Infenion)HybridPACK的IGBT功率模块，适用于最大电池电压为450V且功率高达20kW的轻度混合动力汽车。这种模块以英飞凌(Infenion)领先的IGBT沟槽栅场截止技术为基础,可实现较低的开关损耗.HybridPACK1经过专门设计,长期工作结温为150℃,采用六管三相桥结构,额定值高达400A/600V。5.智能电网广义上

7、讲，风电、光伏发电等都是智能电网电源侧的重要组成部分。在电网部分的高压直流输电、FACTS柔性输电技术，负荷侧的电机变频控制、智能家电产品、LED照明驱动等方面也对IGBT等功率半导体形成了大量的需求。三、现状目前IGBT主流厂家：为德国Infineon（英飞凌），瑞士ABB，美国飞兆（Fairchild），日本三菱、FUJI等。欧美品牌的产品主要用在电力电子和通讯行业，而日本的品牌主要用于电磁炉、变频空调、冰箱、洗衣机等家电类居多。近几年英飞凌的IGBT单管也在家电类产品中占有一席之地，而三菱的IGBT模块在也开始大量应用于军工、电力

8、电子等行业。IGBT的产业化在我国还属空白。无论技术、设备还是人才，我国都处于全方位的落后状态。虽然国家在“八五”和“九五”期间分别立项支持了IGBT的研发和产业化，但是由于各种客观原因，这些攻关的成果只是