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概述
調(diào)研大綱

功率半導(dǎo)體作為電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心,主要用于改變電子裝置中電壓和頻率、實現(xiàn)直流交流轉(zhuǎn)換等功能。其本質(zhì)上是一種電力開關(guān),能夠在低阻狀態(tài)下流過從幾安培到幾千安培的電流,并且能在毫秒甚至微秒時間內(nèi)對高達(dá)數(shù)千伏高電壓、數(shù)千安培的大電流進(jìn)行控制。憑借半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦裕β拾雽?dǎo)體可實現(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換,具備支持高電壓、大電流的特性,主要用途涵蓋變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等領(lǐng)域。?

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中,功率半導(dǎo)體起著至關(guān)重要的作用。從日常生活中的家電設(shè)備,到工業(yè)生產(chǎn)中的大型設(shè)備,再到新能源領(lǐng)域的發(fā)電與儲能系統(tǒng),都離不開功率半導(dǎo)體。它不僅保障電路的正常運(yùn)行,還能通過高效的電能轉(zhuǎn)換,減少電能浪費(fèi),起到節(jié)能、省電的作用。在新能源汽車中,功率半導(dǎo)體用于電池管理系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng),直接影響著汽車的續(xù)航里程和動力性能;在光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,功率半導(dǎo)體負(fù)責(zé)將不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為交流電,實現(xiàn)電能的有效輸出和并網(wǎng)。??

功率半導(dǎo)體的發(fā)展歷程可追溯到 20 世紀(jì) 50 年代,1956 年美國通用電氣公司開發(fā)出第一款晶閘管,標(biāo)志著第一代功率半導(dǎo)體器件的誕生。早期的功率半導(dǎo)體以分立器件的形式出現(xiàn),如功率二極管和三極管,隨后晶閘管得到快速發(fā)展。這些早期器件體積大、效率低,工作頻率一般低于 400Hz ,主要應(yīng)用于一些對性能要求不高的簡單電路中。?

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,20 世紀(jì) 70 年代,MOSFET 問世,80 年代基于 MOSFET 技術(shù)的 IGBT 成功研發(fā),這兩種器件逐漸成為功率半導(dǎo)體的主流產(chǎn)品。它們具有高頻率、低損耗的特點,MOSFET 開關(guān)頻率高,更適用于高頻中高壓領(lǐng)域;IGBT 耐壓很高,更適用于高壓中低頻領(lǐng)域。此后,功率半導(dǎo)體的發(fā)展圍繞著工藝和材料持續(xù)迭代升級,器件性能不斷增強(qiáng)。?

進(jìn)入 21 世紀(jì),隨著新能源、智能制造等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展,市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢。目前,全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大,中國作為全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)國,市場規(guī)模也在不斷增長。根據(jù)研究報告數(shù)據(jù)顯示,2022 年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模約為 1368.86 億元(191 億美元),同比增長 4.4%,預(yù)計 2023 年中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將進(jìn)一步增長至 1519.36 億元。?

在市場結(jié)構(gòu)方面,目前功率半導(dǎo)體市場中占比最多的是功率 IC,以 54.3% 的占比成為功率半導(dǎo)體第一大細(xì)分市場,功率 IC 包括電源管理芯片、驅(qū)動芯片、AC/DC 轉(zhuǎn)換器等;MOSFET、功率二極管、IGBT 占比分別為 16.4%、14.8%、12.4%。

“半導(dǎo)體”,顧名思義是指同時具有容易導(dǎo)電的“導(dǎo)體”和不導(dǎo)電的“絕緣體”兩方面特性的物質(zhì)。能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)為直流電——“整流”、增大電信號——“增幅”、導(dǎo)通或者阻斷電——“開關(guān)”等。

功率半導(dǎo)體是能夠支持高電壓、大電流的半導(dǎo)體。具有不同于一般半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),在使用高電壓、大電流時也不會損壞。另外,由于使用大功率容易發(fā)熱產(chǎn)生高溫,因而成為故障發(fā)生的原因。 因此,我們正努力減少功率半導(dǎo)體本身因發(fā)熱而導(dǎo)致的功率損失,進(jìn)而有效地將其產(chǎn)生的熱量釋放到外部。

功率半導(dǎo)體主要用于改變電壓和頻率;或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換為交流,交流轉(zhuǎn)換為直流等的電力轉(zhuǎn)換.可精準(zhǔn)的將發(fā)動機(jī)從低速到高速的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn);或用太陽能電池發(fā)電的電力毫不浪費(fèi)的轉(zhuǎn)送給電站; 或給各家電,電器等提供安定的電源.在這些情況下功率半導(dǎo)體作為不可缺少的主要角色而發(fā)揮著極大的作用。

近年來,隨著人們節(jié)能化、省電化意識的不斷提高,功率半導(dǎo)體因其能夠極力減少電能浪費(fèi)而需求量不斷提高。

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