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IGBT应用中常见问题及解决方法
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&&综合了gtr和mosfet优点的igbt,是一种新型的80年代问世的绝缘栅双极性晶体管,它控制方便、工作频率高、开关速度快、安全工作区大。随着电压、电流等级的不断提高,igbt成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件,在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
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05_IGBT的保护问题_魏炜__Rev02
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你可能喜欢IGBT概念：比锂电更生猛的题材！
　　与手机支付、物联网的炒作火爆相比，功率半导体已经被投资者逐渐关注的概念，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性前景与IGBT国产化的惨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核心技术产品方面值得挖掘，炒“IGBT”不仅仅是在炒预期，而是其发展趋势和前景。
　　IGBT是什么?　　IGBT(Insulated
Gate Bipolar
Transistor)，绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件,
兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
　　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、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IGBT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750&&V电网的1.7&&kV&&IGBT和用于1500&&V电网的3.3&&kV&&IGBT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（&&A），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200&&km／h动车组中，主变流器的开关使用耐压高达6&&500&&V／600&&A的IGBT器件，辅助变流器采用开关频率为1&&950&&Hz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330&&V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&&300&&V／800&&A。
　　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.HybridPACK&&1经过专门设计,长期工作结为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：IGBT国产化势在必行
　　在我们于日发布的《节能推动需求高速增长,进口替代凸显投资机会——IGBT行业研究报告》中,重点对IGBT技术的革命性、必要性以及中国IGBT市场容量与成长性进行了详细描述。阐述中国IGBT国产化势在必行与突破进程，IGBT器件国产化的“自发性与迫切性”,这种特性势必加速IGBT国产化的进程,成为我们投资IGBT行业最根本的立足点。
　　这种自发性、迫切性体现在国家战略上。IGBT是节能与新能源领域核心电子元器件,其国产化符合国家节能与新能源产业发展需求!大功率IGBT国产将提升家电企业试用国产化IGBT的积极性。而中国IGBT企业技术成熟与产品良品率提升也将推动家电领域IGBT国产化进程,毕竟中国家电企业对IGBT国产化需求迫切!因此,目前是投资中国IGBT行业最佳时机,但IGBT的进口替代指日可待,在高铁与智能电网领域,今年下半年就有望实现量产突破;而家电节能领域的量产突破或将在2011年实现。
　　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工、电力电子等行业。
　　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做出了技术样品，而没能把技术样品变为工程产品并且实现产业化生产。很长时间以来，在半导体行业中有相当一部分人认为我们国家已掌握了0.15微米、8英寸的集成电路技术，IGBT的0.5微米、6英寸的技术应没有太大难度。事实上它们的差别在于：集成电路的技术难点在于拓扑结构及版图设计，其生产工艺较为规范化和标准化，只要版图设计好了，在一条常规的线宽合适的IC流水线上流片应不会有太大的问题；而IGBT正好相反，其设计技术相对而言不太复杂，但由于其大电流、高电压、高频和高可靠的要求，加工工艺十分特殊和复杂。目前，全国还没有一条较完备的IC工艺线可以从头到尾完成IGBT的生产。另外，对于不同电压等级和频率范围的IGBT，其主要工艺也有较大差异，从而增加了IGBT生产的特殊性和复杂性。我国的IGBT器件之所以没能最终实现产业化还有一个重要原因是缺少产业化的技术经验和人才。随着近几年来海归派回国创业，这一状况在某种程度上得到了改善。此
外，国内高校和研究机构的兴趣大多转移到SiC和GaN宽禁带半导体器件及电源管理芯片方向，目前国内只有两三家高校及院所还在进行与IGBT器件相关的研发，并且主要限于计算机仿真研究。这就导致了我国在IGBT设计和研发方面的人才奇缺。
IC的电热学特点是电流小、电压低、对散热没有太高要求，因此，IC的工艺特点是浅结、薄膜和片厚。而IGBT正好相反，其特点是电流大、电压高和频率高，因此对散热的要求非常高，这样，就必然导致IGBT的工艺特点是结深、膜厚和片薄。另外，应用系统对IGBT器件的可靠性要求也很高。IGBT作为一种主流器件，在国际上已经发展到了商业化的第五代，而我国只有少数企业从事中小功率IGBT的封装，而且尚未形成规模化生产。我国在IGBT芯片的产业化以及大功率IGBT封装领域的技术更是一片空白。因此，探索更加积极、有效的模式，促成电子
器件企业的技术融合、取长补短，实现IGBT的产业化，才能尽快填补我国基础工业中先进电力电子器件的空白
　　值得关注的是，不少海龟利用民间资本已经试水IGBT的国产化，主要代表有嘉兴斯达半导体的沈华、南京银茂微的庄伟东、无锡凤凰的屈志军、东营科达的陈智勇等。但绝大多数尚处于实验室阶段或为人代工封测，真正意义的国产IGBT产业才刚刚起步，海龟们更多的体会是创业的艰辛而非创新的喜悦。国外公司在IGBT的产业化技术方面对我国还是实行严密的封锁政策。这就严重制约了IGBT器件在我国的产业化发展。
　　微电子技术是对信号的处理和转换，可以提高人们的工作效率和生活质量；而电力电子是对电能的控制和变换，可以提高用电效率和改善用电质量，也是工业化和信息化融合的关键技术。集成电路和电力半导体器件在国民经济发展中地位同样重要，两者相辅相成。然而，同样重要的技术并没有得到同样的重视，国家在2000年出台了18号文件，重点支持集成电路和软件技术的发展，没有将新型电力半导体器件列入其中。国家十一五重大专项中，新型电力半导体器件又未能进入支持目录。
　　针对IGBT产业，必须运用系统工程打造产业化体系。在设计领域，应重点利用海归技术人员所掌握的国际先进技术和国内部分高校和研究所的前期经验；在芯片制造领域，应充分利用国内已有的IC和分立器件生产线，补充必要的生产设备；在封装领域，应重点发展单管大尺寸封装(TO-220以上)、标准功率模块、智能化功率模块和用户定制功率模块；在测试领域，应发展新型器件的动静态特性测试、可靠性试验及失效分析手段；在原材料领域，应重点发展高阻外延单晶、区熔单晶和磁场直拉单晶；在设备领域，应重点发展大面积减薄、微细刻蚀、大束流离子注入等设备；针对应用特性，应重点研究器件和电路接口方面的技术问题，如驱动和保护电路的设计等；针对人才培养，短期可以从国外引进一批有着丰富实践经验的高层次技术人才，长期则需要在国内高校培
养新型电力半导体器件的设计和制造人才。
　　根据我国IGBT产业化的特点和需要，在产业化的进程中要给予相关政策支持，如zf采购、财政补贴、税收优惠、关税保护、国产化率考核、国产装备的风险补偿、大型节能减排项目示范工程等。不仅要对器件的研发给予重点支持，而且应在系统应用的源头利用政策的杠杆来辅助，才会使国内的器件制造从弱势成长为强势。
　　此外，我们还应制定IGBT产业化各环节和全程目标，设置和控制关键点，建立对产业化全程的反馈和优化控制流程。要把我国IGBT产业化与节能减排规划、新能源发展规划、装备制造、电子信息及其他产业调整振兴规划衔接，加强IGBT产业化的配套设施建设。为了改变这一现状，中国zf也出台了一系列政策对该产业进行扶持。
　　在2009年出台的《电子信息产业调整和振兴规划》中，明确提出了“加快电子元器件产品升级”，“充分发挥整机需求的导向作用，围绕国内整机配套调整元器件产品结构”，提高新型电力电子器件、高频频率器件等产品的研发生产能力，“初步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系”。
　　根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(年)》，科技部在“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”中，将“新型电力电子器件及电力电子集成技术”列为该重点项目的第一项课题。
　　令人欣喜的是国家发改委于日下发红头文件：《国家发展改革委办公厅关于组织实施2010年新型电力电子器件产业化专项的通知》，其专项重点明确了以IGBT为代表的芯片和器件的设计开发及产业化、功率模块产业化等。这充分体现了上层对目前功率半导体国产化的瓶颈和困局已有比较深刻的认识和危机意识。
五、IGBT能成为节能及新能源子行业的隐形冠军吗?
　　功率半导体充当节能先锋中国企业加快步伐
过去，人们常把集成电路比作电子系统的大脑，而把功率半导体器件比作四肢，因为集成电路的作用是接受和处理信息，而功率器件则根据这些信息指令产生控制功率，去驱动相关电机进行所需的工作。如今，新型功率半导体器件如MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)及功率集成电路应用逐渐普及，其为信息系统提供电源的功能也越来越引人注目。功率半导体器件在电子系统中的地位已不仅限于“四肢”，而是为整个系统“供血”的“心脏”。
　　市场增速回升
随着世界各国对节能减排的需求越来越迫切，功率半导体器件在变频家电、工业控制、电动及混合动力汽车、新能源、智能电网等诸多产业获得了广泛的应用空间。如今，中国正在成长为全球最大的功率半导体市场。以电动汽车应用为例，每辆电动汽车约需要一片6英寸IGBT晶圆;当中国电动汽车销量达到目前国内汽车销量的10%时，每年最少需要100万片6英寸IGBT晶圆。中国电器工业协会电力电子分会秘书长肖向锋告诉《中国电子报》记者，从2005年到2008年，我国功率器件市场平均年增长率为23%，2008年市场销售额达1016.2亿元;新型电力电子器件即高频场控器件的市场需求增速更快，2005年到2008年平均增长率为30%，2008年市场销售额达800亿元。
　　不过，国际金融危机对我国功率半导体器件市场也造成一定影响。江苏宏微科技有限公司总经理赵善麒在接受记者采访时表示，2008年，我国功率器件市场比上年增长7.8%，与前几年两位数的增长率相比有所放缓;但是，由于国家拉动内需政策的出台以及对节能减排的要求，我国的功率半导体器件在未来几年里还会保持增长，到2011年，年增长率将达到10%以上。
　　国际金融危机对全球功率半导体产业的影响更大。“受到各行业设备投资、订货、产量减少的影响，在最低谷的时候，功率半导体市场比高峰期减少了50%。”三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏告诉记者，“不过，从今年春天开始，由于各国zf经济刺激政策的实施，尤其是中国zf投入4万亿元对投资和消费的拉动，产业景气度开始逐渐恢复。”
　　家电应用凸显高能效　
&&　与工业应用相比，家用电器虽然单台耗电量较低，但由于其应用范围广、产品数量巨大，因此，国际主流厂商对功率半导体器件在家用电器领域的应用也非常重视，他们纷纷推出自己的创新产品，力图在家电领域占有更大的份额。如何实现家用电器的节能?以空调为例，提高空调能效的关键在于提高空调压缩机、电机、风机、换热器等核心零部件的工作效率，其中，压缩机占据了空调耗电量的80%左右，而且，由于空调的风机也需要使用电机进行驱动，电机占据了压缩机和风机耗电量的绝大部分。
　　“飞兆半导体的SPM产品系列高集成度电机驱动解决方案可用于驱动空调、洗衣机、吸尘器和许多其他商业和工业应用的高效变频电机，使产品比机械电机节能达40%。”飞兆半导体中国及东南亚地区销售及市场推广部副总裁陈坤和在接受《中国电子报》记者采访时表示，“飞兆半导体还提供用于感应加热炊具的IGBT，其1200VFieldStop(场截止)IGBT具有更好的传导损耗和开关损耗平衡，以实现效率最大化，确保电器能够快速、准确地达到所需温度。另外，飞兆半导体的FieldStopIGBT具有较低的传导损耗和开关损耗，因而电器的工作温度得以降低，可实现更佳的系统稳定性、更高的能效和更长的使用寿命。”
　　安森美半导体亚太区计算及消费产品部市场推广经理蒋家亮则表示，在中国的白家电应用中，安森美半导体的电源管理方案主要针对提升能效的应用。“由于能效要求变得更加严格，前一代的线性电源设计方案无法符合标准，因此，大多数应用开始转向能效更高的开关电源方案;同时，新的设计方案也保持了具有竞争力的方案成本。”蒋家亮说。
变频化是家用电器的发展方向，在减少二氧化碳的排放量和电力消耗的同时，还能实现优化控制。在功率半导体领域，要提供有竞争力的产品，除了在芯片的设计与制造领域拥有领先的技术之外，还要在模块封装方面做足文章。“过去，家用电器的功率器件主要使用盒式模块。从1997年我们公司首先开发出DIPIPM(双列直插式智能功率模块)以来，现在已发展到第四代。”森敏介绍道，“日本、韩国和中国的很多工厂在变频空调的室外压缩机控制部分使用了三菱电机的DIPIPM，特别是今年以来，中国的各空调厂商大力推广变频化，DIPIPM的需求量大幅增加。”
　　中国企业寻求技术突破　　
&尽管我国已经成为全球功率半导体产业的重要市场，但我国功率半导体器件的设计、制造能力还有待提高，我国功率半导体企业的生产条件和工艺技术大多仍停留在国外上世纪90年代的水平，关键技术仍掌握在少数国外公司手中。据统计，目前国内市场所需的功率半导体约有90%仍然依赖进口，缺乏核心技术将严重阻碍中国新兴节能产业的发展。“像IGBT这样的高端功率半导体器件基本上完全被国外厂商垄断，国内产品市场认证周期非常长，而且获得的市场认可度不高。”赵善麒不无遗憾地说。
　　华虹NEC市场部技术市场科科长陈俭在接受《中国电子报》记者采访时也表示：“欧美和日本企业凭借着产品质量好、技术领先，在功率半导体市场中占据绝对优势地位。近几年，我国台湾地区的企业依靠产品的高性价比也在市场上占据了一席之地，而中国大陆企业由于起步较晚，技术和市场都相对落后，市场占有率不高，在功率器件市场上的竞争力还很弱。”不过，他同时也指出，功率器件市场是高度分散的，在该领域，全球最大的两家企业的份额也只有10%左右，对于中国企业而言，只要看准市场，成功的可能性还是很大的。
　　在新技术、新产品的开发方面，中国企业也在不断取得突破。据赵善麒介绍，宏微科技承担了科技部“十一五”重点支撑项目“新型电力电子器件及电力电子集成技术”中的IGBT和FRD(快速恢复二极管)芯片的研制和生产，目前，已研制成功电流为75A、100A，电压为1200V、1700V的IGBT和FRD，主要参数已达到国际同类产品的先进水平;与此同时，宏微科技与国外企业合作，开发了铝带焊接新工艺，并成功地应用于IGBT和其他模块的生产中。
　　在芯片制造方面，中国企业也取得了长足进步。据陈俭介绍，面向电源管理IC市场，华虹NEC在2005年就开始了BCD(双极-CMOS-DMOS)工艺的开发，其BCD工艺是目前国际上最先进的BCD量产技术之一，也是国内目前唯一的0.35微米BCD工艺技术平台。目前华虹NEC是国内能提供8英寸功率器件最主要的代工厂之一，相对其他4-6英寸的功率器件生产线，华虹NEC的8英寸代工生产线可以做到线宽更小，同样的面积可得到更多的管芯，通过对工艺的精确控制使器件最小可达到0.11微米的工艺水平。同时，华虹NEC开发的8英寸沟槽式MOSFET工艺克服了平面器件面临的成本压力，极大地提升了客户产品的竞争力。
　　功率半导体器件的应用领域　　
&功率半导体器件的主要应用领域是开关电源、电机驱动与调速、UPS等等。因为这些装置都需输出一定的功率给用电器，所以电路中必须使用功率半导体。功率半导体的另一重要应用领域是发电、变电与输电，这就是原本意义上的电力电子。任何电器设备都需要电源(尽管有些设备电源是内置在机箱中)，任何用电机的设备都需要电机驱动(小至计算机风扇和家电，大至矿山机械，电气机车，轧钢机等等)。功率半导体的应用之广泛已是在国民经济各领域和国防工业中无所不在。
　　MOSFET在功率器件中增速最快　　
2008年，中国MOSFET市场需求量为198.2亿颗，比2007年增长了11.9%，是各类功率器件中市场需求成长速度最快的一类产品。从应用结构上看，由于MOSFET在便携式产品、液晶电视等消费性电子产品中的广泛应用，使得消费性电子成为MOSFET最大的应用市场;而凭借着MOSFET在主机板中的大量应用，计算机领域居次;工业控制则是MOSFET的第三大应用领域。
六、新能源汽车中不可替代&&&
目前，混合动力汽车是大规模应用新能源汽车的切入点。功率半导体器件与模块在混合动力汽车中起着不可替代的作用。除降低成本之外，混合动力汽车还需要在电池、电动、传动及电气系统等方面得到改善。
　　节能和环保的双重需求使得新能源汽车在全球范围内日益引起业界的重视，在最近的国际汽车展上，多家汽车企业推出了电动和混合动力汽车，这预示着新能源汽车即将进入真正的商用阶段。如今，中国对于新能源汽车的推广也进入了一个关键时期，今年2月，财政部、科技部发出《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》，推广节能与新能源汽车，这些措施将促进新能源汽车的发展。而混合动力汽车是目前最接近应用的新能源汽车，它的发展给汽车产业带来了新的变化和机遇。
　　混合动力汽车被看好　　
从传统的燃油汽车转向新能源汽车，人们也面临多种选择。“在汽车行业的未来发展方向上，电动汽车和油电混合动力汽车现在正成为一个明显的趋势。”德尔福派克电子/电气系统亚太区电子/电气架构工程总监李茗在接受《中国电子报》记者采访时表示，“目前看起来技术上比较可行的解决方案是混合动力，下一步就是纯电动汽车，再下一步可能就是燃料电池汽车，燃料电池可能是最终的解决方案。不过，现在看起来氢燃料的应用还比较遥远，所以近期难以得到很大范围的推广。”
　　虽然电动汽车的前景被普遍看好，但是目前的电池技术问题阻碍了纯电动汽车的应用，这是由于电池的能量密度远远不如汽油，而混合动力汽车就是一个折中的选择。“应该说，混合动力汽车只是一个过渡产品，因为混合动力汽车仍然需要燃油，仍然不是零排放。”赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理刘义享告诉本报记者。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组;形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。
　　由于混合动力汽车同时装有发动机和电动机两套系统，启动、加速等需要大功率输出的时候两套系统同时出力;减速时发动机能为蓄电池充电;平稳行驶时，由发动机以最佳的工作状态驱动汽车或者电动机单独驱动;怠速时发动机关闭。由于能够回收部分制动能量，专门设计的小型内燃机能够以更高的燃烧效率工作，再加上控制系统的优化，能量利用率能够由原来的60%-70%提高到95%以上。由于制动能量回收是其减少燃油消耗和尾气排放的一个重要原因，因此混合动力汽车在交通拥堵、加速和减速频繁的城市路况节油非常明显。
　　IGBT成驱动亮点　　
新能源汽车的推广也为半导体器件开辟了新的市场，尤其是以IGBT(绝缘栅双极晶体管)为代表的功率器件和功率模块更是驱动系统的核心部件。赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理刘义享告诉《中国电子报》记者，传统的汽车是依靠发动机提供动力，混合动力汽车除了发动机以外还需要电动机，纯电动汽车和燃料电池汽车则只有电动机，电池提供的直流电需要通过逆变器转换为交流电之后才能用于驱动电动机，因此，无论是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车都需要配置了功率模块的驱动器。半导体厂家针对这些新能源汽车的需求推出了相应的功率器件和功率模块，目前混合动力汽车的功率器件多为IGBT，用以满足高电压、大功率的需求。
　　对于刹车系统而言，需要考虑将刹车能量转化成电能回充电池。三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏告诉本报记者，除了用于电动机的驱动之外，功率半导体器件和模块还可以用于能量的回收。
　　存储技术也将在电动汽车领域找到用武之地。RamtronInter-national亚太区市场策略经理李鸿钧在接受本报记者采访时表示，相对于传统的燃油汽车而言，电动汽车或混合动力汽车需要增加电子设备以实现更好的控制、智能和安全/质保数据收集，这意味着需要低功耗的非易失性存储器，需要保证确定性响应的快速写入，需要实时启动安全关键性应用，还需要几乎无限的耐久性以实现连续的意外事件记录。要达到这些要求，F-RAM(非易失性铁电存储器)是最好的选择。
　　成本技术皆待改善　
目前，过高的成本依旧是限制新能源汽车普及的瓶颈。为降低系统成本，功率半导体器件和模块供应商也采取了各种策略。据三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏介绍，三菱电机早在10年前就已经开始为混合动力汽车提供功率半导体模块，针对客户在研发和生产的不同阶段，三菱电机将提供不同的产品。例如，当客户刚刚引入电动汽车产品的时候，可以将普通工业用的IGBT提供给客户作为试验品;而在客户的产品大规模量产的时候，就可以提供针对特定系统定制的IGBT，这样可以有效地降低成本。
　　除成本瓶颈外，混合动力汽车在技术上也面临一些障碍。德尔福派克电子/电气系统亚太区电子/电气架构工程总监李茗在接受《中国电子报》记者采访时表示，电池系统的能量密度问题、电机系统的体积和响应速度问题以及传动系统的效率问题是当前混合动力汽车面临的三大难关，突破这些难关需要产业链各个环节的企业协同配合。李茗同时表示，除了上述难题之外，另外一个在技术上有障碍的领域是高压和电气系统。因为传统汽车通常是12V的电源系统，最高也只到24V，现在所有车载电气系统的零部件基本上都是按照这个规范来开发的;但是现在混合动力电动车要求的电压等级与电流容量都大幅度地增加了。比如说混合动力到了中混这个等级的话，电压要求一般都会在120V-144V之间，随着电机功率的增加，电压会高达288V、360V乃至500V以上，将来可能还会更高。像这样的系统、高电压以及大电流的应用是以前的燃油车上所没有的，所以混合动力电动车要求电气系统供应商开发一些全新的零部件。
七、功率半导体：节能应用显身手中国市场现商机&&
6月4日，为期3天的“PCIM China
2009”展会在上海光大会展中心落下帷幕。在展会期间，国内外知名功率半导体厂商向与会观众展示了众多新产品和高能效解决方案;同时，参展企业也纷纷表示对中国功率半导体的市场前景充满信心。
　　新产品亮相PCIM展　　
一年一度的PCIM展是功率半导体领域的盛会，同时也是业内企业展示新技术、新产品的舞台。在今年的展会上，英飞凌推出IGBT(绝缘栅双极晶体管)MIPAQ
base模块，该模块是变频器的核心部件。在传统的变频器中，通常要在IGBT模块外部加装电流传感器，而据来自英飞凌科技工业及多元化电子市场事业部的梁知宏主任工程师介绍，MIPAQ
base模块集成了3个专门用于测量输出电流的取样电阻，这些集成取样电阻可以承担以前由外部电流传感器执行的各项任务，因此，系统可以节省昂贵的外部电流传感器，同时压缩了空间，对变频器PCB的影响也将明显减少。此外，MIPAQ
base模块能够将取样电阻产生的热量更好地分配到散热器上。
　　梁知宏同时表示，MIPAQ系列包括三大产品，除了已经量产的MIPAQ base模块之外，还包括MIPAQ
sense模块(集成全数字化电流测量功能，提供电流隔离输出信号)和MIPAQ
serve模块(集成了驱动/温度检测元件)。MIPAQ系列IGBT模块有助于以较低的成本设计出功能强大、结构紧凑并且节能环保的中低功率变频器。
　　三菱电机则带来了他们的第六代IGBT模块。从技术发展的历程来看，三菱电机第三代IGBT采用3微米平面技术，第四代IGBT采用1微米沟槽型技术，第五代IGBT采用1微米的CSTBT(载流子存储式沟槽型双极晶体管)技术，那么，第六代产品有哪些新的变化呢?三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏在接受《中国电子报》记者采访时表示，第六代IGBT芯片比前一代产品的芯片更薄，并采用优化载流子存储层的掺杂分布和精细图形工艺的沟槽型IGBT硅片，进一步降低了模块的开关和通态损耗。
　　绿色成“主色调”　　
来自国内的江苏宏微科技有限公司则向业界展示了多款产品，除了功率半导体模块之外，该公司推出的动态节能照明电源产品尤为引人注目。该公司用“更高效”、“更节电”、“更环保”、“更安全”来概括其动态节能照明电源产品的特色。所谓高效，是指该产品由高频大功率新型电力电子器件对交流工频电压进行调幅控制，实现了智能动态调节，转换效率高;所谓节电，是指该产品可根据用户要求和使用现场实际需要进行精准、无极调压，实现15%-60%的可控节电率;所谓环保，是指该产品在生产过程中极少使用有色金属，在使用过程中其输出电压为纯正弦波，不污染电网;所谓安全，则是指该产品具有优先保障照明的合理设计，输出电压无极精确可调，解决了电磁类产品难以克服的“熄灯”和“烧灯”难题。
　　变频家电也是业界关注的焦点。“三菱电机不断开发出新的功率器件来满足变频家电的需求。”森敏告诉本报记者，“我们开发的DIPIPM(双列直插式智能功率模块)模块集成了功率器件及其驱动保护芯片，从而大大减少电力损耗，达到节能的目的。DIPIPM模块是控制压缩机电流、空调变频器节能的关键元件。我曾经做过估算，如果中国去年生产的全部空调都使用最新的DIPIPM，其每年节省的电能大约相当于中国三峡电站半年的发电量。”
　　除了照明电源产品和变频家电之外，功率器件在电动汽车和可再生能源等领域的应用也为本届展会在绿色节能方面增添了亮色。传统的汽车是依靠发动机提供动力，混合动力汽车和电动汽车则需要电动机，电池提供的直流电需要通过逆变器转换为交流电之后才能用于驱动电动机，因此，混合动力汽车和电动汽车都需要配置了功率模块的驱动器，半导体厂家针对这些新能源汽车的需求推出了相应的功率器件和功率模块。来自德国的赛米控展出了新一代SKAI产品，该产品是可用于电动和混合动力汽车的IGBT模块。该产品在典型的车辆加速周期(小于1分钟)内提供了超强的过载能力，采用烧结技术连接半导体芯片，将热循环能力提高了5倍，同时也提高了最高结温。除了驱动器、传感器和保护功能，新产品还包括一个集成的完全可编程信号处理器，集成的EMI滤波器确保无干扰运行。
功率器件和模块在风力发电中起到变流的作用。赛米控商业贸易(珠海)有限公司应用经理刘义享在接受《中国电子报》记者采访时表示，由于风能是很不稳定的，因此需要将其转换成稳定纯净正弦波形的电输入到电网上去，这就需要通过控制功率器件开关来实现变流的过程。
　　中国市场被看好　　
&&&从去年下半年开始，由于国际金融危机的影响，全球功率半导体市场也受到很大的冲击;而中国zf推出的一系列刺激经济增长的政策却让企业看到了新的商机。
　　根据中国的铁路建设规划和城市快速轨道交通线规划，电力机车、高速动车组和地铁车辆的需求将大幅度增加。英飞凌科技香港有限公司工业及家电功率器件高级经理马国伟告诉本报记者，上述车辆使用的主牵引变流器及辅助变流器为高压IGBT模块带来了高速增长的机遇;在电动汽车和混合动力汽车领域，中国“十城千辆”计划已于今年2月启动，IGBT是发电机和马达驱动的关键器件。马国伟同时表示，作为重要的可再生能源，风力发电也得到中国zf的支持，IGBT模块及系统组件、双极型模块将为突破风电变流器这一瓶颈提供帮助。
　　三菱电机机电(上海)有限公司董事总经理森敏同样看重中国zf在铁路基础建设上的投资，他表示，中国的铁路基础建设将为半导体行业带来更多的商机。除此之外，森敏认为中国在3G移动通信领域的建设也会带动功率器件市场的发展，因为通信基础设施的建设会用到通信专用的电源，而这些电源也需要使用功率模块。
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