功率半导体让生活更美好

 

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什么是功率半导体

 

电力电子技术和半导体技术在我们生活中扮演重要的角色：

● 变频空调，变频冰箱，变频洗衣机使我们生活更节能，更舒适；
 

● 高铁，轻轨，地铁使我们出行更便捷；

● 电动汽车，氢燃料电池汽车动力好，零污染；

● 风力发电，光伏发电清洁能源使我们天更蓝，水更清；

 

这些都离不开电机驱动技术，离不开电能的变流技术，他们的核心是大功率电子开关，绝缘栅双极型晶体管——IGBT。

 

 

 

IGBT本质上是个晶体三极管，是半导体的基本单元之一。

 

 

晶体三极管进入我们生活是60年前，1958年3月13日，我国第一台半导体收音机在上海诞生，这以后的很多年中，装一台高级6管超外差式收音机是无线电爱好者的基本功。
 

 

晶体管是20世纪的重大发明，晶体管的发明为集成电路的降生吹响了号角。

 

今天半导体是尖端技术，产业规模将近5000亿美元，这其中有个新能源和节能有关的细分市场——IGBT。

 

IGBT是个电子开关，它用小电流、小电压控制负载中的电压电流。

 

IGBT能通过几百安培的电流，能耐受几千伏电压，这可不容易，是半导体的技术登峰造极之作。

 

这样的器件在你家里到处可见，充电器、变频空调洗衣机……

 

IGBT是半导体芯片，薄如纸张，电流从芯片的背面流向正面。一个1平方厘米见方，120微米厚的IGBT芯片，需要承受1200V高的电压，可以在-40度到175度时，妥妥关断300A电流， 在工作的时候一个芯片需要每秒钟开通关断几万次。这样的芯片需要封装的功率器件的基本封装中，譬如TO-247中，有三个脚，一个门极控制着另外两脚的导通与关断。

 

 

为了把IGBT做成各种电路功能或做成更大电流的器件，人们发明了IGBT模块和带驱动的智能模块。

 

02

功率半导体还我绿色星球

 

石油和煤是最主要的能源，石油是交通工具的主要能源，煤炭是发电的主要能源，在燃烧过程中会产生大量的温室气体。

 

一吨标准煤可发3000度电，燃烧一吨标准煤，就产生2.6吨二氧化碳。

 

假设你家每月电300度，就会产生二氧化碳260千克，130立方米，可以使4百万立方米的空气二氧化碳浓度增加10%。（二氧化碳体积浓度 0.03%-0.04%）

 

同样可以估算出一升汽油，在燃烧后产生2.3千克的二氧化碳，比汽油本身质量还高。

 

● 人类的出路 ●

 

发展光伏，风力等新能源发电

 

发展电动汽车和氢燃料电池汽车

 

 

 

没有石油，制造化肥就非常困难，世界也会因为缺少染料而失去应有的色彩，也会直接影响医药行业，橡胶行业，纺织行业……

 

 

能源有限，节约无限

 

 

人类的出路在与开发利用新能源，提高用电效率，石油制品回收再加工或再利用，倡导践行低碳生活等等，功率半导体可以做出更大的贡献。

 

03

功率半导体让生活更美好

 

我们生活已经离不开电力电子技术，我们一起数一下，你家有几个马达？
 

 

冰箱、洗衣机、空调、吸尘器、扫地机器人、增压泵、食品料理机、脱排油烟机、按摩椅、电吹风、剃须刀、电动牙刷、按摩椅、电脑、CD机、手机振动电机......我家马达几十个。

 

空调和取暖器有什么区别？

 

取暖器有一份电发一份热，而空调是把室外的热量搬到室内，一份电可以搬运三份热，变频空调能效比轻易可以超过3，制热效率高达300%以上。

 

这靠的是六个0.1平方厘米的IGBT芯片构成的三相变频器推动压缩机源源不断把3000瓦的热量从寒冷的室外搬运的室内，给你带来温暖。

 

它的大脑是英飞凌iMOTION控制器，肌肉是英飞凌的IGBT智能功率模块IPM。

 

 

3000元的电吹风高级在哪？

 

一个每秒10万转的直流无刷电机仅一个红酒瓶塞大小，它的输出功率超过100瓦，由英飞凌的CIPOS智能模块IPM控制驱动，精确控制风量和温度。

 

 

家电为什么要选变频？

 

洗衣机要选变频的

变频洗衣机节能，静音，高速甩干，不缠绕。最大家用洗衣机做到了20公斤，305mm大驱动，9.5Nm超强动力，瞬间提速，变频精确控制提供强力洗的动力输出。

 

 

 

变频冰箱最节能

电脑温控的变频冰箱，实现一级能效，每天耗电仅0.54度，如果一天省半度电，一年就可以省100元电费，减少二氧化碳排放160千克，80立方米。

 

注：图片来自网络，美的产品

 

变频微波炉最好用

采用单个IGBT的变频微波炉，可以在-10度到90度之间智能温控加热，-10度—5度软化冰淇淋，20-40度加热婴儿食品，40-55度融化黄油奶酪，这样的变频微波炉解冻冰冻食品更不在话下。

 

注：图片来自网络，松下产品

 

IH电饭煲是什么原理?

 

只需一个IGBT，可以实现高频立体加热，让米粒在锅里跳舞，加速米粒糊化速度，充分释放糖分和营养，米饭更香甜松软。