绝缘栅

储能系统关键零部件IGBT的详细介绍

发布时间:2025/6/1 12:05:11   
刘军连门诊时间 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/tsyl_bjzkbdfyy/kioiaza/

储能系统的主要成本组成部分包括电池和储能逆变器,这两者的成本之和占据了电化学储能系统总成本的80%。而在这其中,储能逆变器的成本占比达到了20%。作为储能逆变器的核心原材料,IGBT绝缘栅双极型晶体管对储能逆变器的性能有着决定性的影响。IGBT的价值量在逆变器中占据了高达20%-30%的比例。IGBT在储能领域扮演着至关重要的角色,主要负责变压、变频以及交变转换等关键任务,是储能应用中不可或缺的组件。储能变流器的上游原材料涵盖了IGBT、电容、电阻、电抗器、PCB等众多组件。尽管目前IGBT仍主要依赖进口,国产IGBT在工艺水平上与全球领先者存在差距,但随着中国储能行业的迅猛崛起,IGBT的国产化进程有望迎来加速发展。

在储能应用中,IGBT的价值量相较于光伏更为显著。储能系统更多地使用IGBT和SiC,涵盖DCDC和DCAC两个核心环节,并存在两种主要方案:光储一体与独立储能系统。独立储能系统的功率半导体器件用量约为光伏的.5倍。目前,光储一体方案可能占据超过60-70%的市场份额,而独立储能系统则占比30%。IGBT在储能逆变器中的应用优势明显,逐渐替代MOSFET成为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件。新能源发电行业的迅猛发展,为IGBT行业带来了持续增长的强劲动力。IGBT,作为能源变换与传输的关键器件,其工作原理类似于带阀门控制的晶体管,能够控制电子在双向(或多向)中的流动。它融合了BJT双极型三极管和绝缘栅型场效应管MOS的优点,既具有MOSFET的高输入阻抗,又具备电力晶体管GTR的低导通压降,使得IGBT在新能源领域的应用中表现出色。IGBT的开关机制是通过施加正向栅极电压来形成沟道,从而为PNP晶体管提供所需的基极电流,使IGBT进入导通状态。相反,通过施加反向门极电压来消除沟道,并使反向基极电流流过,从而让IGBT关断。IGBT的驱动方式与MOSFET基本一致,只需操控输入端的N沟道MOSFET,因此它继承了高输入阻抗的特性。作为能源变换与传输的核心组件,IGBT常被比作电力电子装置的“CPU”,在新能源装备等多个关键领域发挥着不可或缺的作用。

IGBT凭借其诸多优势,如高输入阻抗、低控制功率、简化驱动电路、快速开关速度、大通态电流、低导通压降以及低损耗等,在当今市场中占据显著地位。正因如此,IGBT已成为功率半导体市场的领先选择,其应用广泛,涵盖新能源发电、电动汽车及充电桩、电气化船舶、直流输电、储能、工业电控和节能等多个领域。

IGBT的分类

IGBT,根据其产品结构形式的差异,主要分为单管、IGBT模块以及智能功率模块IPM三大类别。在具体应用上,IGBT单管通常被用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器以及小功率变频器等场合。而IGBT模块,则因其卓越的性能,在大功率工业变频器、电焊机以及新能源汽车(包括电机控制器、车载空调和充电桩)等多个领域得到了广泛的应用。值得注意的是,当前市场上销售的主流产品多为IGBT模块。智能功率模块IPM在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域发挥着重要作用。同时,IGBT的类型也因应用场景的电压差异而有所不同,包括超低压、低压、中压和高压等。在新能源汽车、工业控制和家用电器等场合,中压IGBT是主要选择;而对于轨道交通、新能源发电和智能电网等高电压需求领域,则主要采用高压IGBT。IGBT通常以模块化形式呈现,据IHS数据显示,模块与单管的比例大约为3:。这些模块是由IGBT芯片与FWD(续流二极管芯片)通过精心设计的电路桥接,再配合塑料框架、衬底及基板等精密封装而成。VA压接式IGBT模块该模块结合了IGBT技术与压接式设计,具备高电压、大电流的承受能力,广泛应用于电力转换与控制领域。其模块化结构使得安装与维护更为便捷,同时优化了整体性能。

市场现状:

中国企业正在崛起,但仍高度依赖进口年,我国IGBT行业产量为0.4亿只,而需求量高达.56亿只,自给率仅为26.3%。目前,国内IGBT市场主要由英飞凌、三菱电机、富士电机等海外厂商主导,其中英飞凌以5.9%的份额位居榜首。在IGBT模组市场,前三甲的厂商占据了56.9%的份额,而国产厂商斯达半导和中车时代的总市场份额仅为5.0%。此外,全球IGBT分立器件市场的前三强合计占据了53.24%的份额,其中仅国产厂商士兰微以3.5%的份额跻身全球前十。随着光伏和储能市场的需求日益旺盛,加之海外芯片供应紧张,国产替代进程得以加速。IGBT器件作为新能源发电的核心部件,其性能对发电效率产生直接影响。因此,客户在选购时对功率半导体的价格敏感度相对较低,而更加注重其性能和可靠性。在过去,我国逆变器企业在选择器件时,通常更倾向于采用性能卓越、稳定性更佳的海外IGBT产品。年以后,由于多种因素的共同作用,海外光伏芯片巨头企业的交货时间延长,导致逆变器中IGBT芯片的供需矛盾日益凸显。在此背景下,我国的光伏逆变器企业开始加速对国产IGBT器件的验证和采用。这种迫切性正促使这些企业加速引入国产核心器件供应商,以建立更加稳固的供应链体系。

我国企业在逆变器领域实力不俗,全球市场占有率位居前列,这为国产IGBT等器件的引入提供了坚实的基础。相较于海外企业,国产IGBT企业更有可能凭借其本土供应优势,与逆变器客户建立更为紧密的联系,提供持续的服务,并逐步提高市场份额。



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