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IGBT:低碳经济的关键核“芯”

当前栏目:新闻|发布者:阿坚|来源:自动化网|发布时间:2020-08-16 14:42:02|阅读:

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随着日益严峻的环境问题和能源消费压力,低碳经济正在成为世界各国的发展共识。低碳经济涉及节能减排、风能、太阳能、智能电网、高速列车等行业。

随着日益严峻的环境问题和能源消费压力,低碳经济正在成为世界各国的发展共识。低碳经济涉及节能减排、风能、太阳能、智能电网、高速列车等行业。不为人知的是,电力设备,尤其是igbt,在节能减排、新能源、新能源汽车、高铁和智能电网等领域发挥着不可替代和不可或缺的作用,是低碳经济的核心。

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简单地说,IGBT(绝缘双极变压器)是一种由双极晶体管(bjt)和mosfet组成的新型功率器件,它具有mosfet驱动简单、控制简单、开关频率高的优点,同时还具有双极器件饱和压降低、容量大的特点。频率特性介于mosfet和功率晶体管之间,可以在几十khz的频率范围内正常工作。适用于DC电压600伏及以上的变频系统,如交流电机、变频器、逆变器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

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目前,在政策和市场的双重推动下,国内igbt芯片企业正面临重要的发展机遇。


首先,新能源、节能和环保政策为igbt市场注入了发展动力


能源发展“十二五”规划明确提出,到“十二五”末,单位国内生产总值能耗将比“十一五”末降低16%。由于电力是目前中国的主要工业能源,实现中国节能减排宏伟目标的关键是有效降低工业生产中大电流、高电压应用的功耗,如交流电机控制、继电器、ups电源、开关电源、变频器、有源滤波器、eps电源、工业传动装置、电梯或辅助传动设备、机车和列车电源等。,并提高新能源领域的能量转换效率,例如提高逆变器和风力发电设备的转换效率。上述设备的核心器件是igbt。

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工业发展节能环保“十二五”规划在“节能产业关键技术”课题中指出,高压变频调速技术用于大功率风机、泵、压缩机等电机驱动系统。绝缘栅功率管(igbt)是其中的关键器件。总体而言,2012年全社会用电量达到49591亿千瓦时,如果节约5%,可节约近2500亿千瓦时,相当于三峡大坝250亿年发电量。中国巨大的节能潜力和广泛的用电结构共同决定了功率半导体器件,尤其是igbt器件发挥着非常重要的作用。

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二是igbt市场持续快速增长,外资企业引领市场发展


1。igbt市场继续快速增长


在新能源、节能和环保“十二五”规划等一系列国家政策措施的支持下,国内igbt的发展势头强劲,市场持续快速增长。预计2013年国内igbt市场将达到68.3亿元,同比增长15.2%。从2013年到2015年,国内igbt市场的复合年增长率将达到18.3%。

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图12008-2015中国igbt市场规模及预测(按销售额)






此外,下游应用市场的爆炸性增长将推动igbt芯片销售的持续快速增长。预计2013年,国内igbt芯片市场销售额将达到4.8亿元,同比增长17.0%。从2013年到2015年,该市场的复合年增长率将达到20.3%。Igbt芯片企业正在分享低碳经济带来的高速增长机遇。

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图2 2013-2015年中国igbt芯片市场规模预测(按销量计算)


2。外资企业引领市场发展,本土企业迎头赶上


在产业结构方面,外资企业引领市场发展。国内十大igbt供应商均为外资企业,主要是日本和欧美品牌,包括英飞凌、三菱、富士、abb、ir、飞兆等。其中,英飞凌的igbt芯片产量和收入在全球市场排名第一,一些功率半导体制造商从英飞凌购买igbt芯片封装igbt模块。2012年,英飞凌国内igbt收入达到7.9亿元,占市场份额的13.9%。

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图3 2012年中国igbt芯片市场品牌结构预测(根据销售额,单位:1亿元)





意识到igbt的重要性,国内企业一直致力于实现igbt的国产化。近年来,本地化有了很大的飞跃。天津中环半导体有限公司开发的6英寸fz单晶材料已批量应用。在国家“02”重大科技项目的推动下,8英寸fz单晶材料取得了重大突破;江苏东光、华润华晶、山东科达等企业已批量供应1200vnpt电磁式igbt。

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3。广泛应用空加快igbt市场发展


首先,逆变家电的迅速普及推动了其核心器件igbt市场的快速发展。变频电器节能效果明显。一般来说,变频电器比定频电器节电30%-40%。在中国节能减排浪潮的推动下,变频空调整的销量占空调整总销量的比重从2008年的不到7%上升到2012年的47%左右,市场呈现爆炸式增长。据估计,2013年空变频机组的销量将继续超过2000万台。但是,变频空音在中国的普及率还需要进一步提高。另一方面,长期以来,价格一直是影响逆变器家电市场普及的重要因素。随着igbt国产化的发展和变频技术的成熟,变频家电的市场价格将大幅下降。可以预见,国内逆变电器/0/仍有很大的增长,这反过来又给igbt市场带来增长势头。

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其次,电机节能是igbt的一个重要应用领域。汽车用电量占全国用电量的主要部分。事实上,中国工业用电约占全社会用电总量的75%,其中汽车用电约占工业用电总量的60%。可以看出,汽车用电占全国用电量的近一半,是用电的主要方式。目前,我国不到10%的电机装有变频器,仍处于大功率消耗阶段,未来市场潜力巨大。随着电机变频器普及率的大幅提高,必将带动未来igbt市场的快速增长。

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第三,除了上述两种驱动力,战略性新兴产业的爆炸性增长将为igbt的未来发展带来新的突破点。能源发展“十二五”规划提出,到2015年,太阳能发电装机容量将达到2100万千瓦,年均增长89.5%;风力发电为1亿千瓦,年均增长率为26.4%。从技术上讲,直流电是在太阳能发电过程中产生的,需要转换成交流电才能接入电网;同时,由于风能的不稳定性,风力发电机产生频率不固定的交流电,需要将交流电转换成DC交流电后才能接入电网。两者都需要以igbt为核心的逆变器作为DC/交流电流转换的关键器件。可以预见,igbt在新能源领域有着广阔的应用前景。

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此外,混合动力电动汽车(hev)和电动汽车(ev)的出现为igbt创造了新的市场。在混合动力汽车和电动汽车领域,逆变器的核心是igbt,它负责将蓄电池中的DC电能转换成交流电能来驱动电机。目前,混合动力汽车和电动汽车仍处于成长初期,但发展方向非常明确。随着未来混合动力汽车和电动汽车成本的降低以及消费者节能意识的提高,新能源汽车的销售增长必将带动igbt市场的快速发展。

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高速列车市场也将带来对igbt的巨大需求。根据国家和地方政府的计划,中国将在未来十年增加5000辆高速列车和地铁列车。根据计算,每辆高速列车一般需要500个igbt模块,每辆地铁列车需要50-80个igbt模块,未来平均每年将增加10-20万个igbt模块的需求。高速列车市场的繁荣必然导致igbt模块市场的快速增长。

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第三,加大政策支持力度,促进idm企业的发展


由于我国igbt器件技术和产业化发展较晚,技术门槛高,投资大,目前中国市场上的igbt产品基本依赖进口,国内有几家企业从事中小型igbt产品的组装,尚未形成产业规模。因此,政府应加大政策支持力度,给予igbt企业更大的资金支持、税收优惠和相关人才引进补贴,同时支持igbt通过并购引进先进技术,加快国产化进程。

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此外,igbt的特点是系统应用、器件设计和加工紧密结合,国际主流igbt制造商都是idm企业。中国大多数先进的igbt制造商与设计企业是分离的,但是大多数系统制造商还没有能够独立开发igbt芯片生产线。因此,政策应该以市场为导向,充分发挥国内市场规模优势,并在此基础上整合支持idm企业的发展,使中国最终发展成为igbt和R&D生产大国。

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总的来说,由于igbt在节能领域的重要性和广泛应用,IGBT将受益于其在空的广泛应用所带来的发展机遇和本地化机遇,并正在成为低碳经济的核心。


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