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功率半導體讓生活更美好

英飛凌工業半導體 ? 2024-09-20 08:06 ? 次閱讀

01

什么是功率半導體

電力電子技術和半導體技術在我們生活中扮演重要的角色:

變頻空調,變頻冰箱,變頻洗衣機使我們生活更節能,更舒適;

高鐵,輕軌,地鐵使我們出行更便捷;

電動汽車,氫燃料電池汽車動力好,零污染;

風力發電,光伏發電清潔能源使我們天更藍,水更清;

這些都離不開電機驅動技術,離不開電能的變流技術,他們的核心是大功率電子開關,絕緣柵雙極型晶體管——IGBT。

IGBT本質上是個晶體三極管,是半導體的基本單元之一。

晶體三極管進入我們生活是60年前,1958年3月13日,我國第一臺半導體收音機在上海誕生,這以后的很多年中,裝一臺高級6管超外差式收音機是無線電愛好者的基本功。

晶體管是20世紀的重大發明,晶體管的發明為集成電路的降生吹響了號角。

今天半導體是尖端技術,產業規模將近5000億美元,這其中有個新能源和節能有關的細分市場——IGBT。

IGBT是個電子開關,它用小電流、小電壓控制負載中的電壓電流。

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

這樣的器件在你家里到處可見,充電器、變頻空調洗衣機……

IGBT是半導體芯片,薄如紙張,電流從芯片的背面流向正面。一個1平方厘米見方,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,妥妥關斷300A電流, 在工作的時候一個芯片需要每秒鐘開通關斷幾萬次。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,有三個腳,一個門極控制著另外兩腳的導通與關斷。

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為了把IGBT做成各種電路功能或做成更大電流的器件,人們發明了IGBT模塊和帶驅動的智能模塊。

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02

功率半導體還我綠色星球

石油和煤是最主要的能源,石油是交通工具的主要能源,煤炭是發電的主要能源,在燃燒過程中會產生大量的溫室氣體。

一噸標準煤可發3000度電,燃燒一噸標準煤,就產生2.6噸二氧化碳。

假設你家每月電300度,就會產生二氧化碳260千克,130立方米,可以使4百萬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,在燃燒后產生2.3千克的二氧化碳,比汽油本身質量還高。

人類的出路


發展光伏,風力等新能源發電

發展電動汽車和氫燃料電池汽車

沒有石油,制造化肥就非常困難,世界也會因為缺少染料而失去應有的色彩,也會直接影響醫藥行業,橡膠行業,紡織行業……

能源有限,節約無限

人類的出路在與開發利用新能源,提高用電效率,石油制品回收再加工或再利用,倡導踐行低碳生活等等,功率半導體可以做出更大的貢獻。

03

功率半導體讓生活更美好

我們生活已經離不開電力電子技術,我們一起數一下,你家有幾個馬達?

冰箱、洗衣機、空調、吸塵器、掃地機器人、增壓泵、食品料理機、脫排油煙機、按摩椅、電吹風、剃須刀、電動牙刷、按摩椅、電腦、CD機、手機振動電機......我家馬達幾十個。

空調和取暖器有什么區別?

取暖器有一份電發一份熱,而空調是把室外的熱量搬到室內,一份電可以搬運三份熱,變頻空調能效比輕易可以超過3,制熱效率高達300%以上。

這靠的是六個0.1平方厘米的IGBT芯片構成的三相變頻器推動壓縮機源源不斷把3000瓦的熱量從寒冷的室外搬運的室內,給你帶來溫暖。

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。

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3000元的電吹風高級在哪?

一個每秒10萬轉的直流無刷電機僅一個紅酒瓶塞大小,它的輸出功率超過100瓦,由英飛凌的CIPOS智能模塊IPM控制驅動,精確控制風量和溫度。

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家電為什么要選變頻?

洗衣機要選變頻的

變頻洗衣機節能,靜音,高速甩干,不纏繞。最大家用洗衣機做到了20公斤,305mm大驅動,9.5Nm超強動力,瞬間提速,變頻精確控制提供強力洗的動力輸出。


變頻冰箱最節能

電腦溫控的變頻冰箱,實現一級能效,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,減少二氧化碳排放160千克,80立方米。

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注:圖片來自網絡,美的產品

變頻微波爐最好用

采用單個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。

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注:圖片來自網絡,松下產品

IH電飯煲是什么原理?

只需一個IGBT,可以實現高頻立體加熱,讓米粒在鍋里跳舞,加速米粒糊化速度,充分釋放糖分和營養,米飯更香甜松軟。

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