功率半導(dǎo)體讓生活更美好

01

什么是功率半導(dǎo)體

電力電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)在我們生活中扮演重要的角色：

●變頻空調(diào)，變頻冰箱，變頻洗衣機(jī)使我們生活更節(jié)能，更舒適；

●高鐵，輕軌，地鐵使我們出行更便捷；

●電動(dòng)汽車(chē)，氫燃料電池汽車(chē)動(dòng)力好，零污染；

●風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電清潔能源使我們天更藍(lán)，水更清；

這些都離不開(kāi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，離不開(kāi)電能的變流技術(shù)，他們的核心是大功率電子開(kāi)關(guān)，絕緣柵雙極型晶體管——IGBT。

IGBT本質(zhì)上是個(gè)晶體三極管，是半導(dǎo)體的基本單元之一。

晶體三極管進(jìn)入我們生活是60年前，1958年3月13日，我國(guó)第一臺(tái)半導(dǎo)體收音機(jī)在上海誕生，這以后的很多年中，裝一臺(tái)高級(jí)6管超外差式收音機(jī)是無(wú)線電愛(ài)好者的基本功。

晶體管是20世紀(jì)的重大發(fā)明，晶體管的發(fā)明為集成電路的降生吹響了號(hào)角。

今天半導(dǎo)體是尖端技術(shù)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將近5000億美元，這其中有個(gè)新能源和節(jié)能有關(guān)的細(xì)分市場(chǎng)——IGBT。

IGBT是個(gè)電子開(kāi)關(guān)，它用小電流、小電壓控制負(fù)載中的電壓電流。

IGBT能通過(guò)幾百安培的電流，能耐受幾千伏電壓，這可不容易，是半導(dǎo)體的技術(shù)登峰造極之作。

這樣的器件在你家里到處可見(jiàn)，充電器、變頻空調(diào)洗衣機(jī)……

IGBT是半導(dǎo)體芯片，薄如紙張，電流從芯片的背面流向正面。一個(gè)1平方厘米見(jiàn)方，120微米厚的IGBT芯片，需要承受1200V高的電壓，可以在-40度到175度時(shí)，妥妥關(guān)斷300A電流， 在工作的時(shí)候一個(gè)芯片需要每秒鐘開(kāi)通關(guān)斷幾萬(wàn)次。這樣的芯片需要封裝的功率器件的基本封裝中，譬如TO-247中，有三個(gè)腳，一個(gè)門(mén)極控制著另外兩腳的導(dǎo)通與關(guān)斷。

為了把IGBT做成各種電路功能或做成更大電流的器件，人們發(fā)明了IGBT模塊和帶驅(qū)動(dòng)的智能模塊。

02

功率半導(dǎo)體還我綠色星球

石油和煤是最主要的能源，石油是交通工具的主要能源，煤炭是發(fā)電的主要能源，在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體。

一噸標(biāo)準(zhǔn)煤可發(fā)3000度電，燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤，就產(chǎn)生2.6噸二氧化碳。

假設(shè)你家每月電300度，就會(huì)產(chǎn)生二氧化碳260千克，130立方米，可以使4百萬(wàn)立方米的空氣二氧化碳濃度增加10%。（二氧化碳體積濃度 0.03%-0.04%）

同樣可以估算出一升汽油，在燃燒后產(chǎn)生2.3千克的二氧化碳，比汽油本身質(zhì)量還高。

●人類(lèi)的出路●

發(fā)展光伏，風(fēng)力等新能源發(fā)電

發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)和氫燃料電池汽車(chē)

沒(méi)有石油，制造化肥就非常困難，世界也會(huì)因?yàn)槿鄙偃玖隙?yīng)有的色彩，也會(huì)直接影響醫(yī)藥行業(yè)，橡膠行業(yè)，紡織行業(yè)……

能源有限，節(jié)約無(wú)限

人類(lèi)的出路在與開(kāi)發(fā)利用新能源，提高用電效率，石油制品回收再加工或再利用，倡導(dǎo)踐行低碳生活等等，功率半導(dǎo)體可以做出更大的貢獻(xiàn)。

03

功率半導(dǎo)體讓生活更美好

我們生活已經(jīng)離不開(kāi)電力電子技術(shù)，我們一起數(shù)一下，你家有幾個(gè)馬達(dá)？

冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、吸塵器、掃地機(jī)器人、增壓泵、食品料理機(jī)、脫排油煙機(jī)、按摩椅、電吹風(fēng)、剃須刀、電動(dòng)牙刷、按摩椅、電腦、CD機(jī)、手機(jī)振動(dòng)電機(jī)......我家馬達(dá)幾十個(gè)。

空調(diào)和取暖器有什么區(qū)別？

取暖器有一份電發(fā)一份熱，而空調(diào)是把室外的熱量搬到室內(nèi)，一份電可以搬運(yùn)三份熱，變頻空調(diào)能效比輕易可以超過(guò)3，制熱效率高達(dá)300%以上。

這靠的是六個(gè)0.1平方厘米的IGBT芯片構(gòu)成的三相變頻器推動(dòng)壓縮機(jī)源源不斷把3000瓦的熱量從寒冷的室外搬運(yùn)的室內(nèi)，給你帶來(lái)溫暖。

它的大腦是英飛凌iMOTION控制器，肌肉是英飛凌的IGBT智能功率模塊IPM。

3000元的電吹風(fēng)高級(jí)在哪？

一個(gè)每秒10萬(wàn)轉(zhuǎn)的直流無(wú)刷電機(jī)僅一個(gè)紅酒瓶塞大小，它的輸出功率超過(guò)100瓦，由英飛凌的CIPOS智能模塊IPM控制驅(qū)動(dòng)，精確控制風(fēng)量和溫度。

家電為什么要選變頻？

洗衣機(jī)要選變頻的

變頻洗衣機(jī)節(jié)能，靜音，高速甩干，不纏繞。最大家用洗衣機(jī)做到了20公斤，305mm大驅(qū)動(dòng)，9.5Nm超強(qiáng)動(dòng)力，瞬間提速，變頻精確控制提供強(qiáng)力洗的動(dòng)力輸出。

變頻冰箱最節(jié)能

電腦溫控的變頻冰箱，實(shí)現(xiàn)一級(jí)能效，每天耗電僅0.54度，如果一天省半度電，一年就可以省100元電費(fèi)，減少二氧化碳排放160千克，80立方米。

注：圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，美的產(chǎn)品

變頻微波爐最好用

采用單個(gè)IGBT的變頻微波爐，可以在-10度到90度之間智能溫控加熱，-10度—5度軟化冰淇淋，20-40度加熱嬰兒食品，40-55度融化黃油奶酪，這樣的變頻微波爐解凍冰凍食品更不在話下。

注：圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，松下產(chǎn)品

IH電飯煲是什么原理?

只需一個(gè)IGBT，可以實(shí)現(xiàn)高頻立體加熱，讓米粒在鍋里跳舞，加速米粒糊化速度，充分釋放糖分和營(yíng)養(yǎng)，米飯更香甜松軟。