功率半导体产业研究报告：国内投资宝典（40页）

功率半导体的六大应用场景 在任何需要节能转换和操纵电力的地方都需要功率半导体，主要包括六大大应 用场景： 1、电动汽车： 新增的功率半导体器件的性能和功率效率是电动汽车运行的关键。汽车的电气 化使所需的电力部件价值增加了 5 倍以上。元件主要用于逆变器，将非常高的 能量电流引入汽车的电动机和电池充电器。 2、可再生能源发电： 可再生能源发电也需要高功率半导体，因为可再生能源不规则，需要高的发电 效率才能实现经济可持续发展。以每兆瓦时为基础，风电场需要比传统燃煤电 站多 30 倍的功率半导体价值量。 3、工业和自动化： 使用 IGBT 的变速驱动器越来越多地取代工业应用中的传统电机，因为它们可 以显着提高能效。功率半导体对于工厂的进一步自动化也至关重要，“工业 4.0” 的革命在很大程度上取决于增加的功率和传感器半导体内容，以驱动工厂的机 器人技术。 4、储能： 可再生能源（特别是风能和太阳能）;取决于天气和气候，这固有地导致电网中 的能量波动。有效的能量存储对于向可再生能源对总发电的更高贡献的转变至 关重要，并且需要再次有效地转换电能，即功率半导体。 5、数据中心和服务器： 功率半导体在优化数据中心的能源使用方面发挥着核心作用，用于整流，电池 充电和 DC / AC 逆变。专门研究超大规模环境，本地化备用电源（所谓的“电 池架上电池”）增加了服务器机架内部功率半导体元件的使用。未来的发展，包 括氮化镓的使用和能量比例计算将继续增加数据中心中功率半导体使用的广度。 6、消费类电子产品/白色家电： 功率半导体是每款智能手机的核心;它们控制充电机制，功率输出和能效。在白 色器具中，优化的感应技术例如在烹饪用具使加热更快更均匀，同时使用更节 能。功率半导体也是“智能”白色家电的核心。 功率半导体的种类及比较 功率半导体从器件工作原理来看可以分为：二极管，晶闸管，MOSFET，以及 IGBT。

IGBT 将双极晶体管的某些特性与单个器件中的 MOSFET 的特性结合在一起。 IGBT 与 MOSFET 有显着差异，制造起来更具挑战性。最大的差异是在上图中 显示的 N 源极/漏极下的附加 P 衬底，其阻止反向电流流动。展品 8-9） IGBT 器件可以处理大电流（如双极晶体管）并受电压控制（如 MOSFET），使 其适用于高能量应用，如变速箱，重型机车，大型船舶螺旋桨等。二极管和晶体管的性能差异： 二极管和晶体管的关键功能是相同的–控制开关的开/关功率（电）。二极管和二 极管之间的主要区别之一晶体管是二极管将交流电（AC）转换成直流电（DC） 晶体管将输入信号从低阻电路传输到高电阻电路。二极管也称为晶体二极管， 因为它是由晶体（硅或锗）。它是一个两端子设备，当正极电源端子连接到 p 型 区域，负极端子为连接到二极管的 n 区域。 晶体管具有三个区域，即发射极，集电极和基极。发射器是重掺杂，以便它可 以将重的带电粒子转移到基极。的基础晶体管尺寸更小，掺杂更轻，从而电荷 载流子容易移动从基地到集热区。集电极是晶体管的最大区域，因为它可以消 散基极-集电极结处产生的热量。总的来说，晶体管器件是现代集成电路产业的 根基，这要归功于其更全面的功能。 晶闸管/MOSFET/IGBT 的比较： 晶闸管：通过电流控制电流，频率低， MOSFET：电压控制电压，频率高，mos 管的最大劣势是随着耐压升高，内阻 迅速增大（不是线性增大），所以高压下内阻很大，不能做大功率应用。mos 开关速度快，意味着开关损耗小（开关发热小），同样电流导通压降低，意味着 导通损耗小（还是发热小） IGBT：电压控制电流，频率适中，在低压下 igbt 相对 mos 管在电性能和价格 上都没有优势，所以基本上看不到低压 igbt，并不是低压的造不出来，而是毫 无性价比。在 600v 以上，igbt 的优势才明显，电压越高，igbt 越有优势，电压 越低，mos 管越有优势。所以高压下 igbt 优势明显，既有高开关速度（尽管比 mos 管慢，但是开关比三极管快很多），又有三极管的大电流特性。