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翠展微:趣说IGBT

来源:翠展微电子

#翠展微电子#

#IGBT#

09-27 18:13

IGBT这个词你可能从没听过,但它一直在我们身边默默服务。小到微波炉、变频空调、变频冰箱,大到新能源汽车、高铁,甚至航母的电磁弹射,IGBT都不可或缺。电机驱动是IGBT的主要应用领域之一。

有的同学可能会有这样的困惑:“IGBT本来就是驱动电机的,为什么它自己还需要一个驱动?IGBT驱动到底是做什么的?”

这个问题说来简单,就像《极简电力电子学》中所说:“IGBT本质上就是一个电子开关,就好比你家里墙上的开关,按一下,开关闭合,电灯亮起;再按一下,电灯熄灭。

当然,操作IGBT,不再是手,而是电子脉冲。高电平来临时,器件开通;低电平来临时,器件就关断。手动操作开关,可能一秒钟一两次,而我们的电子开关,一秒钟可以开关上万次,几十万次。

作为半导体开关之一,IGBT是能量变换和传输的核心零件。常见的强电只有50Hz交流电,变压器只能改变它的电压。有了IGBT这种开关,就可以通过电路设计和计算机控制,改变交流的频率,或者把交流变直流。

那么这时候问题来了:控制IGBT电子脉冲从哪儿来?

有的同学要举手了:我知道我知道!控制脉冲可以从MCU来!

非常棒!你都会抢答了!

MCU就像我们的大脑,它控制我们身体的一举一动。但它发出的神经元信号非常微弱,根本无法按动开关。所以大脑需要把这个信号传送给手,由手部肌肉运动来产生一定的力量,摁下开关。IGBT的驱动就是控制IGBT的、灵巧又有力量的“手”。

IGBT方兴未艾

IGBT:取长补短的复合型功率器件

功率半导体器件(Power Electronic Device)又称为电力电子器件和功率电子器件,是指可直接用于处理电能的主电路中 ,实现电能的变换或控制的电子器件,其作用主要分为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等。

功率半导体大致可分为功率半导体分立器件(Power Discrete)(包括功率模块)和功率半导体集成电路(Power IC)两大类 。按照器件结构,现有的功率半导体分立器件可分二极管、功率晶体管、晶闸管等,其中功率晶体管分为双极性结型晶体 管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

进口替代空间广阔

我国在功率二极管、功率三极管、晶闸管等分立器件大部分已实现国产化。MOSFET、IGBT、SiC等高端分立器件产品较大程 度依赖进口。

耗散功率大于5瓦的晶体管一般为功率器件。我国耗散功率≥1瓦晶体管的进出口规模逐年增长,且进口规模增速大于出口规模 。IGBT属于功率晶体管中技术壁垒较高的产品,我国起步较晚,还存在较广阔的进口替代空间。

技术迭代周期较长,国产替代追赶至成熟产品

经过几十年的发展,IGBT头部供应商英飞凌不断改进芯片结构,将IGBT技术做到了第七代,IGBT1和IGBT2已经不被英飞凌建 议使用,目前使用最广泛的是IGBT4,国内部分供应商目前能在第四代进行量产。IGBT的发展方向依然是提高耐压、增加电 流、扩大功率、提升最高工作结温。

车载IGBT模块主导市场

IGBT具有导通电阻小、开关速度快、工作频率高等特点,可以在各种电路中提高功率转换、传送和控制的效率,实现节 约能源、提高工业控制水平的目的,广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能 源发电、新能源汽车等领域。

电动车成为驱动IGBT需求的主要动力。据比亚迪半导招股书,从2020年IGBT模块全球应用占比来看,工业控制占比 33.5%,是目前IGBT最大的应用领域,新能源汽车占比14.2%。未来,汽车电动化、智能化推动车规级IGBT成为增长最 快的细分领域,远超行业平均增速。

受益于国内新能源车的高速发展,据华经产业研究院,新能源车IGBT在2020年已成为中国IGBT第一大应用领域,占比约 30%。工业控制、消费电子(家电)与新能源发电市场分别占比27%、22%、11%,为中国新能源汽车外前三大应用领域。

新能源车的优惠政策

9月26日,财政部、税务总局、工业和信息化部发布关于延续新能源汽车免征车辆购置税政策的公告。

为支持新能源汽车产业发展,促进汽车消费,现就延续新能源汽车免征车辆购置税政策有关事项公告如下:

一、对购置日期在2023年1月1日至2023年12月31日期间内的新能源汽车,免征车辆购置税。

二、免征车辆购置税的新能源汽车,通过工业和信息化部、税务总局发布《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》(以下简称《目录》)实施管理。自《目录》发布之日起购置的,列入《目录》的纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车,属于符合免税条件的新能源汽车。

三、购置日期按照机动车销售统一发票或海关关税专用缴款书等有效凭证的开具日期确定。

四、2022年12月31日前已列入《目录》的新能源汽车可按照本公告继续适用免征车辆购置税政策。新能源汽车免征车辆购置税的其他事项,按照《财政部 税务总局 工业和信息化部关于新能源汽车免征车辆购置税有关政策的公告》(财政部 税务总局 工业和信息化部公告2020年第21号)、《工业和信息化部 财政部 税务总局关于调整免征车辆购置税新能源汽车产品技术要求的公告》(工业和信息化部 财政部 税务总局公告2021年第13号)等文件有关规定执行。

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