工控領(lǐng)域IGBT細(xì)分市場盤點

IGBT在工控領(lǐng)域有許多應(yīng)用，以600-1200V電壓規(guī)格的IGBT為例，我們來盤點一下工控應(yīng)用領(lǐng)域中存在哪些的細(xì)分市場。（下文中所述IGBT若無特定說明，則均代表IGBT模塊）

1. 電磁感應(yīng)加熱：

人類利用電磁感應(yīng)對物體進(jìn)行加熱的靈感主要來源于法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1831年，法拉第第一次發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)交變的電流在導(dǎo)體中傳播時，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱。這個現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，引起了世界上一大批對加熱感興趣的科學(xué)家，上個世紀(jì)90年代是世界對電磁感應(yīng)探索狂熱的一年，在這個時間段，電磁感應(yīng)的發(fā)熱現(xiàn)象得到了充分的改進(jìn)和利用。1890年，瑞典技術(shù)人員發(fā)明了第一臺感應(yīng)熔煉爐——開槽式有芯爐；1893年，美國出現(xiàn)了電熨斗雛形；1909年，電灶的出現(xiàn)實現(xiàn)了從電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程；1916年，美國人發(fā)明了閉槽有芯爐。自此，電磁感應(yīng)技術(shù)逐漸進(jìn)入了實用化階段。

從技術(shù)上來講，電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)本質(zhì)上其實是一種交-直-交的變頻裝置，它的電路結(jié)構(gòu)是由整流單元、濾波單元、逆變單元及其控制、保護單元和負(fù)載組成。整流單元的主要作用在于將電源供給的交流電變成直流電，正常工作時，三相工頻電路首先經(jīng)整流單元進(jìn)行整流，整流后的直流電再經(jīng)過濾波單元，過濾掉周圍所帶的雜波，使之成為平滑的直流送到逆變單元。逆變單元的作用和整流單元正好相反，是一種將直流電變?yōu)榻涣麟娝徒o下級單元的一種裝置。逆變單元一般都采用電力半導(dǎo)體器件作為電子開關(guān)，其中使用頻率最高的即是IGBT，IGBT通過高頻的開關(guān)動作，使得直流電壓對電感進(jìn)行充放電，因此電感的另一端就能得到交流電并提供給負(fù)載。后面盤點的各類應(yīng)用中，如果有用到逆變器的話，那么IGBT在逆變器中所起到作用基本和上文提到的類似，因此之后將不再進(jìn)行贅述。

電磁感應(yīng)加熱設(shè)備通常按照工作頻率范圍分成五類：低頻感應(yīng)加熱，中頻感應(yīng)加熱，高頻感應(yīng)加熱，超高頻感應(yīng)加熱。低頻感應(yīng)加熱頻率最低，頻率范圍一般在工頻(50HZ)至1KHZ左右。中頻感應(yīng)加熱頻率范圍一般在1KHZ至15KHZ左右，典型值是8KHZ左右。高頻感應(yīng)加熱頻率范圍一般在40KHZ至200KHZ左右，常用40KHZ至80KHZ。超高頻感應(yīng)加熱頻率相對最高，頻率范圍一般在200KHZ以上，有些甚至可高達(dá)幾十MHZ。終端用戶可根據(jù)不同類型的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電壓及頻率等要求，選用相對應(yīng)的IGBT型號進(jìn)行匹配。

2. 工業(yè)電源：

大規(guī)模用到IGBT的工業(yè)電源一般有開關(guān)電源、中高頻IGBT逆變電源、不間斷電源（UPS）、應(yīng)急電源（EPS）等，這里我們以開關(guān)電源為例來看，開關(guān)電源主要有兩種，分別為直流開關(guān)電源和交流開關(guān)電源。其中直流開關(guān)電源的核心是DC/DC變換，舉例來講，就是將來自于諸如市電電源、蓄電池電源等質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（通俗講即為粗電），變成設(shè)備所需要的、高質(zhì)量的電（即為精電）。同理來講，交流開關(guān)電源即為DC/AC變換，這部分原理類似于上文電磁感應(yīng)加熱設(shè)備中的整流模塊，因此此處不再繼續(xù)講解。

從結(jié)構(gòu)來看，開關(guān)電源由四部分組成，分別為主電路、控制電路、保護電路和輔助電源。其中主電路中含有輸入濾波器、整流、逆變、輸出整流及濾波等單元，有逆變器出現(xiàn)的地方，即有IGBT存在，IGBT在逆變器中是個不可或缺的元器件，其在逆變器中起到的作用即如上文所述，將直流電轉(zhuǎn)換成后續(xù)單元所需的交流電。由于IGBT本身就具有驅(qū)動功率小、飽和壓降低、節(jié)能等優(yōu)點，所以內(nèi)部采用IGBT的工業(yè)電源具有熔化速度快、節(jié)能、高次諧波污染低等優(yōu)點，因此IGBT在工業(yè)電源領(lǐng)域受到了許多電源廠家的歡迎，工業(yè)電源也成為IGBT工控應(yīng)用領(lǐng)域市場的主力分支。

3. 工業(yè)電焊：

除去電磁感應(yīng)和電源外，IGBT在工業(yè)電焊中也有許多應(yīng)用，一般稱為逆變電焊機或者弧焊逆變器。其工作原理主要是通過將工頻交流電（50Hz）經(jīng)過整流濾波變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（即IGBT）將直流逆變成千赫茲到萬赫茲的中頻交流電，同時經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，再次整流并經(jīng)過濾波輸出平穩(wěn)的直流電，進(jìn)行焊接工作。此處IGBT起到的作用除了將DC轉(zhuǎn)化成AC之外，還起到了變頻的作用，我們平日所見的變頻器中大都含有IGBT元器件。

工業(yè)電焊機一般輸入電壓為普通工業(yè)電壓380V，電流則在150-650A不等，所以功率基本在60K-240K之間，終端用戶可根據(jù)具體功率選用若干1200V、不同電流規(guī)格的IGBT模塊并聯(lián)，以滿足設(shè)備的需求。逆變電焊機相比于傳統(tǒng)電焊機的主要優(yōu)勢在于頻率的提高，這使電焊機的重量和體積大大減小；在節(jié)能方面，IGBT逆變焊機比傳統(tǒng)焊機節(jié)電30%以上，效率可達(dá)80%-90%；焊接方面，動特性好，電弧穩(wěn)定，焊縫成形比較美觀，同時可一機多用，完成多種焊接和切割過程。

4. 風(fēng)能、太陽能發(fā)電：

風(fēng)能發(fā)電——風(fēng)電變流器：風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其中變流器是風(fēng)電機組的核心部件之一。變流器是使電流電壓、頻率、相數(shù)、和其他電量或特性發(fā)生變化的電器設(shè)備，坦白來講，變流器中用到IGBT的單元實際上就是逆變器，由此看出，IGBT在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用大多都是用在逆變上。發(fā)電過程中，由于風(fēng)能具有不穩(wěn)定的特性，所以一般輸出的都是交流電，為了能將不穩(wěn)定的電轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定可供使用的市電，由機械能轉(zhuǎn)化的交流電需要經(jīng)過整流后充電至蓄電瓶中，轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，再經(jīng)過逆變單元，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的市電，以供人們使用。目前風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域中，IGBT選用規(guī)格一般在650-1700V／75-3600Ａ之間。

太陽能發(fā)電——光伏逆變器：太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成。太陽能逆變器能把太陽能電池板的可變直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定交流電來驅(qū)動家用電器、照明及電機工具等交流負(fù)載，是整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。一般而言，光伏逆變器中使用的IGBT規(guī)格在650-1700V／15-3600A左右。

5. 工業(yè)縫紉機：

工業(yè)縫紉機相對于上面所講的四個細(xì)分領(lǐng)域而言，略微小眾一點。在此所述不多，簡單介紹一下其工作原理及IGBT使用部位，IGBT主要用在工業(yè)縫紉機的控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)一共包括三個部分，分別為主軸電機、傳動機械和伺服控制器。正常工作時，控制系統(tǒng)會控制伺服控制器的位置，伺服控制器則通過驅(qū)動主軸電機來控制主軸傳動機械動作來完成縫紉工作，其中主軸電機會用到三項全橋單管IGBT驅(qū)動。一般而言，主軸伺服電機額定功率在500-1000W，工業(yè)無線縫合機單機功率可達(dá)3.8KW，額定電壓為220V，功率相對較小，所以工業(yè)縫紉機除功率較大的幾種特定機種之外，一般都使用的是MOS器件。

以上。