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功率变流装置的“CPU”,你知道IGBT吗?

来源: 发布时间 2018-11-14 14:23:22

新能源汽车发展已有时日不少感兴趣的朋友已经对新能源汽车电池、电机技术有所了解,但我们今天的主角很多人可能并不熟悉身材娇小,平时在车辆内部也不引人注意,但同样它也是新能源汽车身上不可缺少的部分,被行业誉为功率变流装置的“CPU”。如果说新能源汽车打开了人类未来出行的大门那么可以毫不夸张地说这个小东西便是打开这扇大门的钥匙就是IGBT 

 

 

IGBT是英文Insulate-Gate Bipolar Transistor的缩写,中文大名绝缘栅双极型晶体管,是由双极型三极管BJT绝缘栅型场效应管MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。以上学术界的定义,换成我们通俗易懂的理解来看IGBT就是一个开关,在电路上控制通断,可能大家会说这不就是我们家吊灯的开关按钮?那你就想错了,IGBT是用在几十到几百伏特的电压、几十到几百安培电流的强电电路上的装置,并且不需要通过机械结构进行控制,在这个电流电压量级下,IGBT可以实现每秒万次的开关速度。有了如此快的开关能力IGBT就可以承担起普通变压器所不具备的功能,通过IGBT这种开关可以设计出一套系统,通过计算机控制IGBT,把强电电路电源侧的交流电变成给定电压的直流电,也可以把各种电变成所需频率的交流电。

IGBT本身的特性使其非常适用于新能源汽车产业的应用,对于新能源汽车来说,无论是充电和放电都涉及到大量的强电交直流转换过程因此IGBT就成为了新能源汽车所必备的组件。新能源汽车中,逆变器用于控制汽车电机为汽车运行提供动力,而IGBT功率模块是电动汽车逆变器的核心功率器件。在电动控制系统中,IGBT将大功率直流/交流电(DC/AC)逆变后,驱动汽车电机。在车载电子系统中,也需要使用电流较小的IGBT,将小功率直流/交流电(DC/AC)逆变。因此IGBT可以称得上是电动车的CPU,就如高通之于手机、Intel之于电脑。

 

IGBT除了在新能源汽车身上大量应用之外,也是直流充电桩的核心器件,并且成本占到新能源整车成本的10%,更占充电桩成本的20%。在众多新能源汽车利好政策的推动下,IGBT的市场需求量越来越大, 而我国的功率半导体技术包括芯片设计、制造和模块封装技术目前都还处于起步阶段。功率半导体芯片技术研究也多采取“设计加代工”模式,即先提出芯片设计方案,再由国内外的集成电路公司代工生产。而集成电路公司大多没有独立的功率器件生产线,只能用现有的集成电路生产工艺完成订单,更难解决的是我国芯片工艺技术的不成熟,先进设备多依赖进口,国外高端IGBT制造技术普遍有专利保护,由于技术壁垒,难以从国外购买IGBT设计和制造技术。

发展道路的艰辛并不意味着没有成果,国内著名的能源主机厂比亚迪就通过十几年的努力成为除中国中车外,国内为数不多能够量产高压大功率IGBT芯片的企业,同时也是唯一能够量产新能源汽车用高压大功率IGBT芯片的企业。比亚迪同时拥有 IGBT 研发、制造,及大规模应用的数据和场景,在国内大多数只能对IGBT做模块封装的时候,比亚迪已经实现了自主研发、自主设计IGBT芯片,带来了众多出色的产品,例如1200V 200A IGBT芯片——BWG193N120L就曾获得2017年第十二届“中国芯”最具潜质产品称号。V-315系列更是全球首款大批量应用于双模混合动力汽车的1200V大功率IGBT模块,是全球装车量最多的全桥IGBT模块。

 

新能源汽车产业是我国的重点新兴产业,同时也是国际汽车业的发展方向,IGBT无论是从功能的重要性还是从技术的发展难度上来看,已经成为新能源汽车发展的“命门”,自主设计制造国产IGBT芯片,才能不受制于人才能在激烈的竞争抢到行业的高点,掌握IGBT全产业链,未来国家和相关企业必须要走的路。

 


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