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IGBT原理及模块在新能源汽车,智能电网及轨道交通应用规模2020年报

发布时间: 2022-09-18 浏览次数:
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IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,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功率半导体器件, 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。

IGBT 模块是由 IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与 FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品;封装后的 IGBT 模块直接应用于变频器、UPS 不间断电源等设备上;

IGBT 模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的 IGBT 也指 IGBT 模块;随着节能环保等理念的推进,此类产品在市场上将越来越多见;

IGBT 是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

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IGBT的主要应用领域

作为新型功率半导体器件的主流器件,IGBT已广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域,以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。

1、新能源汽车

IGBT模块在电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。IGBT模块占电动汽车成本将近10%,占充电桩成本约20%。IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面:

电动控制系统大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机。

车载空调控制系统小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小的IGBT和FRD。

充电桩智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用。

2、智能电网

IGBT广泛应用于智能电网的发电端、输电端、变电端及用电端:

从发电端来看,风力发电、光伏发电中的整流器和逆变器都需要使用IGBT模块。

从输电端来看,特高压直流输电中FACTS柔性输电技术需要大量使用IGBT等功率器件。

从变电端来看,IGBT是电力电子变压器(PET)的关键器件。

从用电端来看,家用白电、微波炉、LED照明驱动等都对IGBT有大量的需求。

3、轨道交通

IGBT器件已成为轨道交通车辆牵引变流器和各种辅助变流器的主流电力电子器件。交流传动技术是现代轨道交通的核心技术之一,在交流传动系统中牵引变流器是关键部件,而IGBT又是牵引变流器最核心的器件之一。

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海外大厂占据主要市场,中国企业追赶空间大

IGBT市场英飞凌市占率全面领先,2020年斯达半导跻身IGBT模块市场前六。根据Omdia数据,2020年IGBT分立器件市场及IGBT模块市场规模前三的企业均为英飞凌、富士电机及三菱。其中英飞凌IGBT市场市占率全面领先,IGBT分立器件和IGBT模块的市占率分别为29.3%和36.5%。

在IGBT分立器件市场中,中国企业士兰微进入全球前十,2020年市场份额为2.6%;在IGBT模块市场中,2020年斯达半导跻身全球第六,市场份额为3.3%, 中车时代电气半导体与比亚迪半导体实际市场进展非常好,具体数据待公布!

预计2025年我国新能源汽车IGBT市场规模或将达到385亿元,2019-2025年CAGR达到33.8%。根据国际清洁交通委员会预测,2025年新能源汽车成本平均保持在13800-17600美元之间(取均值16150美元),2030年新能源汽车成本平均保持在12100-16500美元之间(取均值14300美元)。若按照IGBT模块占整车成本约4%计算,2025年我国新能源汽车IGBT市场规模或将达到385亿元,2019-2025年CAGR达33.8%。2030年我国新能源汽车IGBT市场规模或将达到575亿元,2019-2030年CAGR达21.6%。