IGBT的概念是20世紀(jì)80年代初期提出的，IGBT具有復(fù)雜的集成結(jié)構(gòu)，它的工作頻率可以遠(yuǎn)高于雙極晶體管。IGBT已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體期間的主流，在10-100KHZ的中壓大電流的范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前我國的IGBT正處于產(chǎn)業(yè)的突破前夜，IGBT廣泛應(yīng)用于高鐵、節(jié)能變頻、風(fēng)電、太陽能等產(chǎn)業(yè)中，發(fā)展前景遠(yuǎn)大，我國IGBT的相關(guān)企業(yè)將獲得廣闊的市場(chǎng)空間。今后將有哪些產(chǎn)業(yè)將會(huì)是IGBT的突破口？  用戶購買IGBT時(shí)，是否都能提供適合用戶的驅(qū)動(dòng)電路？

珠海新多力電子有限公司 宋穩(wěn)力 技術(shù)應(yīng)用工程師

IGBT在未來有哪些突破口

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT和MOS組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于電力變換和傳動(dòng)領(lǐng)域。

IGBT開發(fā)之初主要應(yīng)用在電機(jī)、變換器、UPS、EPS、伺服、無功補(bǔ)償、軟啟動(dòng)設(shè)備等工業(yè)控制領(lǐng)域。IGBT憑借著驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小、可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)在中高壓應(yīng)用領(lǐng)域中競(jìng)爭(zhēng)力逐步顯現(xiàn)。

 低碳時(shí)代的熱門詞少不了“新能源”、“高鐵”、“電動(dòng)汽車”、“智能電網(wǎng)”，而這些產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)品無一例外地依賴于功率半導(dǎo)體的應(yīng)用，IGBT在目前階段成為它們不可或缺的功率核“芯”。

IGBT一方面擁有新技術(shù)帶來的廣闊的市場(chǎng)空間，另一方面從技術(shù)發(fā)展路線來看又對(duì)以往的功率器件有一個(gè)逐步替代的作用。目前我國IGBT市場(chǎng)占整個(gè)功率器件市場(chǎng)份額尚不足10%,預(yù)計(jì)未來幾年IGBT市場(chǎng)隨著節(jié)能減排的推進(jìn)將得到快速發(fā)展。未來IGBT模塊在以下幾個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)有較大的突破。

1.     風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電機(jī)如要獲得穩(wěn)定的電能并網(wǎng)發(fā)電，必須依靠相應(yīng)的變頻、逆變系統(tǒng)。現(xiàn)今，全球幾乎一半的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中可見到賽米控的IGBT模塊技術(shù)。

2.太陽能發(fā)電

為了有效地滿足綠色能源太陽能發(fā)電及逆變并網(wǎng)的需求，就需要控制、驅(qū)動(dòng)器和輸出功率器件的正確組合。IGBT是作為功率開關(guān)的必然之選。

3.高鐵及軌道交通

軌道車輛中廣泛采用IGBT模塊構(gòu)成牽引變流器以及輔助電源系統(tǒng)的恒壓恒頻逆變器。粗略估計(jì)上述軌道交通市場(chǎng)對(duì)IGBT模塊的需求將超過3百萬個(gè)，可以想見軌道交通給IGBT市場(chǎng)所帶來的空前機(jī)遇和發(fā)展空間。

4.電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車最關(guān)鍵的瓶頸是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和充放電，賽米控SKIM系列的IGBT功率模塊，采用最先進(jìn)的燒結(jié)技術(shù)封裝，更加適合應(yīng)用在高溫、振動(dòng)、高可靠性和耐久性的環(huán)境中。

5.智能電網(wǎng)

電網(wǎng)部分的高壓直流輸電、FACTS柔性輸電技術(shù)，負(fù)荷側(cè)的電機(jī)變頻控制、智能家電產(chǎn)品、LED照明驅(qū)動(dòng)等方面也對(duì)IGBT等功率器件形成了大量的需求。

在使用IGBT時(shí)，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路性能的要求不斷提高

隨著IGBT應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路性能的要求也不斷提高。由于驅(qū)動(dòng)電路是IGBT與控制電路之間非常重要的接口電路，因此其性能直接影響到整個(gè)裝置的可靠性。用戶在使用IGBT模塊時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路與系統(tǒng)的可靠性相匹配。

通常驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備以下功能。

驅(qū)動(dòng)功能：IGBT驅(qū)動(dòng)電路將控制電路信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有足夠功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證IGBT能可靠開通和關(guān)斷。

保護(hù)功能：當(dāng)IGBT短路或者過流時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路能在最短時(shí)間內(nèi)關(guān)斷IGBT，保護(hù)功率器件。

電氣隔離功能：由于IGBT通常是在高電壓、大電流的環(huán)境下工作，作為控制電路與功率電路之間的連接橋梁，驅(qū)動(dòng)電路必須具有電氣隔離功能。

基于驅(qū)動(dòng)電路的重要性，設(shè)計(jì)人員大多采用集驅(qū)動(dòng)和保護(hù)功能于一體的集成驅(qū)動(dòng)模塊，賽米控目前可以提供多款針對(duì)不同容量和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率器件的集成驅(qū)動(dòng)模塊，并且賽米控的驅(qū)動(dòng)模塊可以在不同應(yīng)用場(chǎng)合適用于任何品牌的IGBT模塊。

賽米控的驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)不同的輸出性能、集成度以及連接技術(shù)有以下幾種設(shè)計(jì)類型，包括驅(qū)動(dòng)核技術(shù), 混合技術(shù), SMT技術(shù)。

江蘇宏微科技有限公司 蘇桂國 應(yīng)用中心主管

智能電網(wǎng)建設(shè)期待國產(chǎn)IGBT技術(shù)突破

一、智能電網(wǎng)與IGBT

智能電網(wǎng)研究最早是美國電科院發(fā)起的，是適應(yīng)信息時(shí)代和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的配電模式，是現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展方向和目標(biāo)，特征為：

(1)擴(kuò)展兼容功能：基于環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的要求，同時(shí)不同于傳統(tǒng)的只適合于單向潮流的配電網(wǎng)，越來越多的分布式電源將滲透進(jìn)配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。該電源包括分布式可再生能源發(fā)電裝置、分布式儲(chǔ)能裝置，以及電力用戶(包括電動(dòng)車)用電需求的響應(yīng)等。

(2)安全性：實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低大規(guī)模停電的風(fēng)險(xiǎn)（如：美加"8.14大停電"），提高電網(wǎng)自愈能力，為高新技術(shù)、敏感用戶提供高級(jí)電能質(zhì)量和供電可靠性；

     (3)提高用電能效，降低總能量消耗和網(wǎng)損，使負(fù)荷需求特性更具彈性，削峰填谷提高利用率。

   我國的智能電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)雖然起步較晚，但作為“十二五”發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展計(jì)劃，兩大電網(wǎng)公司在智能電網(wǎng)的投資不小于2000億。發(fā)展規(guī)劃見下圖：

智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃

不言而喻IGBT是智能電網(wǎng)設(shè)備的核心部件，從下表就可以看出，在智能電網(wǎng)建設(shè)的每個(gè)階段都可見IGBT的影子。智能電網(wǎng)關(guān)乎國家的經(jīng)濟(jì)命脈，面對(duì)智能電網(wǎng)迅猛發(fā)展的形勢(shì)，國內(nèi)IGBT廠商準(zhǔn)備好了嗎？

智能電網(wǎng)的不同階段IGBT的應(yīng)用

國內(nèi)IGBT廠商現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

近年來，由于國家政策和資金上的支持，近幾年來國內(nèi)IGBT芯片和模塊封裝產(chǎn)業(yè)得到了較快的發(fā)展，涌現(xiàn)出一批IGBT芯片和封裝的生產(chǎn)企業(yè)，如江蘇宏微、宜興東光、吉林華微、嘉興斯達(dá)等。主要占據(jù)了國內(nèi)的電焊機(jī)、電源、低壓變頻器、消費(fèi)電子的部分市場(chǎng)。打破了國外在此領(lǐng)域?qū)ξ覈膲艛唷５鳛橹悄茈娋W(wǎng)在變電、輸電和配電環(huán)節(jié)使用的高壓大功率的IGBT目前主要為歐美和日企壟斷。

我們應(yīng)該清晰看到高壓大功率IGBT是有很高技術(shù)壁壘的，進(jìn)口廠商與國內(nèi)廠商無論是在技術(shù)上還是在產(chǎn)品的系列化方面，都有較大的差距。要縮小這種差距我認(rèn)為應(yīng)該朝以下幾個(gè)方向努力：

1、  基礎(chǔ)原材料的供應(yīng)是產(chǎn)品升級(jí)的關(guān)鍵，主要有單晶片、模塊封裝用的DBC基板材料，鍵合線、焊料材料、填充材料等，這需要國內(nèi)IGBT的配套廠家要勇于創(chuàng)新，同時(shí)需要加大的投入進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)。

2、 IGBT新技術(shù)和新工藝，如槽柵、場(chǎng)終止層和薄片工藝，需要摸索和攻關(guān)。

3、充分利用好國內(nèi)外人才，走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合之路，國內(nèi)很多高端人才集中在高校，企業(yè)可以充分利用高校人才進(jìn)行各個(gè)方向的研究。同時(shí)與高校建立聯(lián)動(dòng)的人才培養(yǎng)機(jī)制。江蘇宏微與國內(nèi)高校建立了多種合作模式，1200A、1700V的IGBT在新能源領(lǐng)域已經(jīng)開始使用。

4、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制定。有必要制定行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范IGBT器件和模塊的測(cè)試和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。