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[电路/定理]

【功率器件心得分享】+应用前景及分享

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可再生能源技术、先进封装技术、电机驱动和运动控制、高频转换技术、高功率半导体技术、汽车电力电子。化合物半导体作为新材料和新器件,在微波通信器件、光电子器件和功率器件中有着同类硅器件所不具备的优异性能,将在以上应用领域得到广泛应用。
2016年PCIM Asia聚集了电力电子、连接技术和传感器企业。尽管聚焦于小众市场,但随着国家大幅度提高对可再生能源、电动汽车、电力和能源管理的投资额度,加上市场对电子产品的需求有增无减,吸引着全球领先者如ABB、中国中车、英飞凌、三菱电机、赛米控、TDK、东芝电子、EPC等,以展示其最新的分立半导体及功率器件相关产品等,争夺中国新能源汽车、轨道交通及高频功率转换等热门商机。

可再生能源技术、先进封装技术、电机驱动和运动控制、高频转换技术、高功率半导体技术、汽车电力电子。化合物半导体作为新材料和新器件,在微波通信器件、光电子器件和功率器件中有着同类硅器件所不具备的优异性能,将在以上应用领域得到广泛应用。

随着应用规模的扩大带来成本的下降,SiC单晶衬底制造以4英寸为主流,并正向6英寸过渡,同时8英寸也已经问世。产品主要以电力电子器件为主。SiC-SBD技术成熟,已开始在光伏发电等领域替代Si器件,SiC-MOSFET性能突出,可大幅降低模组中电容电感的用量,降低功率模组成本。SiC-IGBT未来将凭借其优异的性能在大型轮船引擎、智能电网、高铁和风力发电等大功率领域得到应用。

据了解,2015年全球SiC电力电子器件市场规模达到近1.5亿美元,预计2020年将达到10亿美元。但SiC电力电子器件在低电压产品领域将面对GaN器件的激烈竞争,在PFC、UPS、消费电子和电动汽车等900V以下的应用领域,低成本的GaN器件将占据主要市场,SiC器件未来主要面向1200V以上的应用。

GaN作为一种可在新应用中发挥作用的独特材料,特别是在高频率、高电压和高功率密度的应用领域中极具前景。宜普电源转换(EPC)公司表示,氮化镓材料每天都在催生新应用。如应用于伺服器的DC-DC转换器、D类放大器、无线充电与医疗应用等。EPC是利用GaN材料生产功率器件的专业半导体厂商,公司近几年主要在其产品中通过结合封装技术和电路技术开拓新市场。

可见,15kV以上SiC电力电子器件制备关键技术;高质量、低成本GaN电力电子器件的设计与制备;在高压电网、高速轨道交通、消费类电子产品、新能源汽车、新一代通用电源等领域的应用,则是细分市场的发展重点。

东芝大功率器件IEGT在大功率变频器节能方面表现出色,如西安开天与东芝合作开发的PPI功率组件是压接封装IEGT的子单元(三电平和二电平拓扑)大功率、紧凑型变流器,就得到市场积极认可。

IEGT控制的门极驱动电流小,它既能减少系统的损耗,也能提高元件的使用寿命,且IEGT调速空载时系统损耗低,符合绿色节能的要求,使得系统运行成本更为经济。据东芝电子(中国)有限公司分立器件战略业务企划统括部高级经理屈兴国介绍,东芝在封装上采用了PMI和PPI两种方式,其中压接式封装(PPI)具有高可靠性、高功率密度,可以双面散热冷却;塑料模块式封装(PMI)采用螺纹连接,它具有方便拆卸的特性。这两种封装的采用,使得东芝的IEGT器件具有更低的热阻、更高的工作结温、更低的寄生电感、更宽的安全工作区和更高的可靠性,在减少器件的同时大幅提高了功率密度和系统可靠性。与IGBT相比,IEGT可以负载更大电压和电流,更小的体积可以实现更大的功率,安全性能提高。
目前,东芝的IEGT主要应用于柔性高压直流输电(VSC-HVDC)、新能源、牵引、中高压变频器等特大功率领域。由于IEGT的电流密度高,尤其是PPI压接式封装的IEGT,采用内部无引线键合技术,双面水冷散热,可以大大提高整个系统功率密度和可靠性。屈兴国表示,IEGT控制的门极驱动电流小,既能减少系统的损耗,也能提高元件的使用寿命。IEGT调速空载时系统损耗低,符合绿色节能的要求,使得整个运行成本更为经济。

PPI压接式封装的IEGT,完全可以满足大功率、小型化、高效、节能环保的市场新需求。屈兴国透露,世界首个三端柔性直流输电工程,以及世界在建最大容量柔性直流输电背靠背异步联网工程,都是采用东芝PPI产品。

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