逆变器的发射器

功率半导体器件：IGBT模块技术及市场发展格局

功率半导体器件：IGBT模块技术及市场发展格局

一、IGBT：复合型功率器件

1. 功率半导体器件概述

功率半导体器件（Power Electronic Device）是实现电能变换或控制的电子器件，广泛应用于功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等领域。功率半导体器件大致可分为功率半导体分立器件（包括功率模块）和功率半导体集成电路两大类，其中功率晶体管是功率半导体分立器件的重要分支，包括双极性结型晶体管（BJT）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。

2. IGBT的概念

IGBT是由BJT和MOSFET组成的复合型功率半导体器件，兼具两者的速度和驱动能力优点，被业界誉为电力电子装置的“CPU”。IGBT可在各种电路中提高功率转换、传送和控制的效率，广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。

3. IGBT内部结构及工作原理

IGBT具有集电极、发射极和栅极三个端子，其结构相当于一个四层半导体器件，通过组合PNP和NPN晶体管实现P-N-P-N排列。IGBT的工作原理是通过不断激活和停用栅极端子来开启或关闭电路。当正电压通过栅极时，发射器保持驱动电路开启；当栅极端电压为零或负时，则关闭电路。

4. IGBT主要产品形式

IGBT产品主要包括单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三种类型。IGBT单管主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器及小功率变频器等领域；IGBT模块主要应用于大功率工业变频器、电焊机、新能源汽车（电机控制器、车载空调、充电桩）等领域；智能功率模块IPM主要在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域有广泛应用。

二、IGBT技术发展历史

从20世纪80年代至今，IGBT芯片经历了7代升级，各项性能指标不断优化。目前市场上应用最广泛的是IGBT第4代工艺产品，但整体发展趋势是大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。

三、IGBT市场规模及竞争情况

1. IGBT全球市场规模

近年来，全球IGBT市场规模保持连年增长的趋势。根据Markets and markets数据，全球IGBT市场规模从2012年的32亿美元增长至2021年的70.9亿美元，年均复合增长率为6.6%。从应用领域来看，工业控制和新能源汽车是IGBT需求最大的两个下游领域，分别占比为37%和28%，其次是新能源发电和家电变频市场。

2. IGBT国内市场规模

我国已逐渐成为全球最大的IGBT市场。2016-2021年，我国IGBT产量及需求量均呈现连年增长的趋势。2021年，我国IGBT的需求量为13000万只，同比增长20.00%；生产量为2580万只，同比增长27.72%；市场规模约为218.75亿元，同比增长37.23%。预计到2025年，我国IGBT市场规模将达到600亿元左右。

3. IGBT竞争格局

从全球市场竞争格局来看，欧美日厂商凭借资金、技术和产业经验优势，占据了全球功率半导体绝大多数的市场份额。国内厂商在全球竞争中不具备优势，所占市场份额较低。在国内市场竞争中，国际大厂仍占据绝大部分市场份额，国产化率低于20%。

根据Yole相关数据统计，全球IGBT市场集中度较高，行业CR3达到51%。其中，英飞凌、三菱、安森美三家企业的市场占比分别为27%、14%、10%，位列前三名；士兰微是我国唯一进入全球前十的品牌，市场占比约为3%。

4. 中国IGBT芯片企业产品布局

中国IGBT芯片行业代表性企业在技术格局上存在差异。斯达半导应用第七代IGBT技术，电压覆盖范围为100-3300V；华微电子布局第六代IGBT技术，电压覆盖范围为360-1350V；士兰微、时代电气、宏微科技应用第五代IGBT技术；新洁能主要应用第四代IGBT技术。

从IGBT芯片产品主要应用领域来看，时代电气和斯达半导两家企业覆盖领域较广。时代电气IGBT芯片主要应用领域覆盖了轨交、车载、光伏、风电、工控等；斯达半导IGBT芯片主要应用领域覆盖车载、光伏、风电、工控、家电等。

综上所述，IGBT作为复合型功率半导体器件，在电力电子领域具有重要地位。随着技术的不断进步和市场的持续扩大，IGBT将在更多领域发挥重要作用。同时，国内IGBT企业也在不断加强技术研发和市场拓展，努力提升国产化率和市场竞争力。

CS5511 国产DP/eDP到LVDS/eDP转换器方案

CS5511，一款高性能的DP/eDP到LVDS/eDP转换器方案，为低成本显示系统提供了卓越的性能。配置多样，支持1、2或4通道模式，每个通道速度可达1.62Gbps和2.7Gbps，借助SerDes技术，CS5511能以极低的误码率恢复高速串行数据，确保数据传输的高效与稳定。

CS5511的LVDS发射器支持单端口和双端口模式，最大支持FHD@120Hz(1920x1080)的分辨率与刷新率。5个配置引脚可灵活支持32种不同面板分辨率和LVDS工作模式的组合，内置微控制器基于32位RISC-V内核，外接串行闪存，提供便捷的工具来编辑、生成和更新用于自定义配置的flash映像。

CS5511严格遵循1.3和嵌入式DisplayPort(eDP)1.4规范，具备解码高速差分信号的能力，并驱动带有LVDS接口的TFT面板。内置LVDS发射器配备灵活的OpenLDI/SPWG位映射，可驱动1或2端口(18/24位)LVDS面板。LVDS输出可配置，支持1920x1080或1920x1200分辨率，以及120Hz或100Hz刷新率，满足不同显示需求。

CS5511的主链路接收器模块包含四个eDP主链路通道，支持高速、高带宽和单向数据流，驱动TFT-LCD显示器。通过AC耦合差分对接收的两种链路速率，实现数据的高效传输与解码，恢复RGB分量视频流和原始视频时序信息，通过LVDS编码电路驱动LCD显示器。CS5511还支持eDP身份验证，确保系统的安全性和可靠性。

CS5511的显示增强功能包括背光逆变器控制、亮度调节、图像抖动算法以及EMI减少机制，有助于系统制造商优化显示性能，提供更佳的用户体验。这款转换器方案集高性能、灵活性与可靠性于一身，是构建低成本显示系统不可或缺的组件。

科普l 13种常用的功率半导体器件介绍-icspec

电力电子器件，即功率半导体器件，是用于电能变换与控制的高功率电子器件，适用于电流数十至数千安培，电压数百伏以上的电路。它们主要分为半控型、全控型和不可控型。晶闸管作为半控型器件，具有最高承受电压和电流的特性；电力二极管则为不可控器件，具有结构简单、工作可靠的优点。按照驱动方式，还可分为电压驱动型和电流驱动型，如GTO、GTR属于电流驱动型，而IGBT、电力MOSFET属于电压驱动型。

MCT（MOS控制晶闸管）是一种结合了MOSFET的低驱动电流与高阻抗、晶闸管的高压与大电流特性的新型复合型器件。它能通过门极脉冲控制导通或关断，具有高压、大电流容量、低通态压降、高dv/dt和di/dt耐量、快速开关速度等优点，适用于高压、大功率应用。

IGCT（集成门极换流晶闸管）结合了GTO、IGBT等技术，适用于高压大容量变频系统，是一种新型的电力半导体器件。它通过集成GTO芯片、反并联二极管和门极驱动电路，结合了晶闸管和晶体管的优点，在导通阶段发挥晶闸管性能，在关断阶段呈现晶体管特性。

IEGT（电子注入增强栅晶体管）是耐压达4kV以上的IGBT系列电力电子器件，通过增强注入结构实现了低通态电压，大幅提高了大容量电力电子器件的性能。它具有低损耗、高速动作、高耐压和有源栅驱动智能化等优点，适用于大、中容量变换器应用。

IPEM（集成电力电子模块）是将半导体器件MOSFET、IGBT或MCT与二极管集成在一起的模块，实现了电力电子技术的智能化和模块化，降低了电路接线电感、系统噪声和寄生振荡，提高了系统效率和可靠性。

PEBB（电力电子积木）是集成了功率半导体器件、门极驱动电路、电平转换、传感器、保护电路、电源和无源器件的可处理电能集成的器件或模块。它具有能量接口和通讯接口，可以简单或复杂地组成电力电子系统，完成电压转换、能量储存和转换、阻抗匹配等功能。

超大功率晶闸管（SCR）自从问世以来，其功率容量已经提高了近3000倍。目前许多国家能稳定生产8kV/4kA的晶闸管，日本和美国等国家生产电触发晶闸管，晶闸管在HVDC、静止无功补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有重要地位。GTO关断期间dv/dt必须限制在500～1kV/μs，为此需要使用体积大、昂贵的吸收电路，但目前已有额定开关功率36MVA（6kV/6kA）用的高压大电流GTO。

脉冲功率闭合开关晶闸管特别适用于传送极强峰值功率、极短持续时间的应用场合，如激光器、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器等。它能在数kV高压下快速开通，具有长使用寿命，体积小、价格低，有望取代高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或真空开关等。

新型GTO器件-集成门极换流IGCT晶闸管具有不用缓冲电路的可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统总功率损耗低等优点。它在高压（VBR》3.3kV）、大功率（0.5～20MVA）牵引、工业和电力逆变器中应用广泛。

高功率沟槽栅结构IGBT（TrenchIGBT）模块在高功率IGBT模块中采用沟槽栅结构，提高了元胞密度。与平面栅结构相比，沟槽栅结构具有更高的导通电阻和更高效的芯片两端散热方式。特别有意义的是，避免了大电流IGBT模块内部大量的电极引出线，提高了可靠性和减小了引线电感。

电子注入增强栅晶体管IEGT兼有IGBT和GTO的优点，具有低饱和压降、宽的安全工作区、低栅极驱动功率和高工作频率。该器件采用平板压接式电极引出结构，可望有较高可靠性。与IGBT相比，IEGT结构的主要特点是栅极长度较长，从集电极注入的空穴在N长基区形成一层空穴积累层，发射极必须通过N沟道向N长基区注入电子，形成与GTO中类似的载流子分布，较好地解决了大电流、高耐压的矛盾。

MOS门控晶闸管通过MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻控制晶闸管（BRT）及射极开关晶闸管（EST）等结构，充分利用晶闸管的特性，有望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压。EST可能是MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构，但要真正成为商业化实用器件，取代GTO的水平，还需较长时间。

砷化镓二极管具有优越的高频开关特性，但因其耐压较低，应用受到限制。Motorola公司已成功研制出高压砷化镓高频整流二极管，与硅快恢复二极管相比，具有反向漏电流随温度变化小、开关损耗低、反向恢复特性好等优点。

碳化硅（SiC）功率器件是新型半导体材料制成的功率器件中最有潜力的。SiC器件具有高禁带宽度、高饱和电子漂移速度、高击穿强度、低介电常数和高热导率等优异物理特性，适用于高温、高频率、高功率应用。SiC高频功率器件已应用于微波和射频装置，ABB公司正在研发高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件，用于工业和电力系统。

安全光栅常见故障处理操作及详解

安全光栅，亦称安全光幕，是工业安全、机床设备安全、自动化检测与测量领域的关键保护装置。在使用过程中，难免会遇到一些故障，本文将介绍常见问题及相应的处理方法。

在机器运行中，若出现不定期输出异常信号，可能因光电接线插头松动或连接不良引起。这时需检查并紧固插头螺丝。

若红绿灯持续闪烁，可能由于屏蔽线连接不当或受到外部电磁干扰，如逆变器、调光开关等。解决方法是将屏蔽线可靠接地。

对不上光情况，通常意味着光幕损坏，建议更换新光幕。

当灯光开启时光幕出现异常，可能是光线过强导致光干扰。此时，更换为功率较低的灯泡。

安全光栅是光电安全保护系统的一部分，适用于工业机械手、注塑机、包装设备、切纸机、压滤机、自动化设备、焊接和装配线等。这类设备的防护作用在于阻止人员接近移动机械，如冲床、绕线机、码垛机、电梯等，代替传统机械屏障，提高设备可维护性。

安全光栅主要应用于存在检测。常见的存在检测设备还包括压敏安全垫和激光扫描仪。安全光栅在机器人工作站上有着广泛的应用。

在折弯机上安装安全光栅，同样能起到保护作用，确保人员安全。光信号由光发射器发射，接收器接收，形成保护光幕。接收器监视光幕状态，通过内部电路处理信号，输出低电平或高电平，实现设备停机或发出安全警报。

安全光栅简化了设备的日常维护和维修，提升了设备的操作性和效率，是工业自动化安全防护的重要组成部分。

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