功率變流裝置的「CPU」,你知道IGBT嗎?

　　新能源汽車發展已有時日，不少感興趣的朋友已經對新能源汽車的電池、電機技術有所了解，但我們今天的主角很多人可能並不熟悉，它身材嬌小，平時在車輛內部也不引人注意，但同樣，它也是新能源汽車身上不可缺少的部分，被行業譽為功率變流裝置的「CPU」。如果說新能源汽車打開了人類未來出行的大門，那麼可以毫不誇張地說，這個小東西便是打開這扇大門的鑰匙，它就是IGBT！ 

　　IGBT是英文Insulate-Gate Bipolar Transistor的縮寫，中文大名是絕緣柵雙極型電晶體，是由雙極型三極體BJT和絕緣柵型場效應管MOS組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件。以上是學術界的定義，換成我們通俗易懂的理解來看，IGBT就是一個開關，在電路上控制通斷，可能大家會說這不就是我們家吊燈的開關按鈕嗎？那你就想錯了，IGBT是用在幾十到幾百伏特的電壓、幾十到幾百安培電流的強電電路上的裝置，並且不需要通過機械結構進行控制，在這個電流電壓量級下，IGBT可以實現每秒萬次的開關速度。有了如此快的開關能力，IGBT就可以承擔起普通變壓器所不具備的功能，通過IGBT這種開關可以設計出一套系統，通過計算機控制IGBT，把強電電路電源側的交流電變成給定電壓的直流電，也可以把各種電變成所需頻率的交流電。

　　IGBT本身的特性使其非常適用於新能源汽車產業的應用，對於新能源汽車來說，無論是充電和放電都涉及到大量的強電交直流轉換過程，因此IGBT就成為了新能源汽車所必備的組件。在新能源汽車中，逆變器用於控制汽車電機為汽車運行提供動力，而IGBT功率模塊是電動汽車逆變器的核心功率器件。在電動控制系統中，IGBT將大功率直流/交流電(DC/AC)逆變後，驅動汽車電機。在車載電子系統中，也需要使用電流較小的IGBT，將小功率直流/交流電(DC/AC)逆變。因此IGBT可以稱得上是電動車的CPU，就如高通之於手機、Intel之於電腦。

　　IGBT除了在新能源汽車身上大量應用之外，也是直流充電樁的核心器件，並且成本佔到新能源整車成本的10%，更佔充電樁成本的20%。在眾多新能源汽車利好政策的推動下，IGBT的市場需求量越來越大， 而我國的功率半導體技術包括晶片設計、製造和模塊封裝技術目前都還處於起步階段。功率半導體晶片技術研究也多採取「設計加代工」模式，即先提出晶片設計方案，再由國內外的集成電路公司代工生產。而集成電路公司大多沒有獨立的功率器件生產線，只能用現有的集成電路生產工藝完成訂單，更難解決的是我國晶片工藝技術的不成熟，先進設備多依賴進口，國外高端IGBT製造技術普遍有專利保護，由於技術壁壘，難以從國外購買IGBT設計和製造技術。

　　發展道路的艱辛並不意味著沒有成果，像國內著名的新能源主機廠比亞迪就通過十幾年的努力，成為除中國中車外，國內為數不多能夠量產高壓大功率IGBT晶片的企業，同時也是唯一能夠量產新能源汽車用高壓大功率IGBT晶片的企業。比亞迪同時擁有 IGBT 研發、製造，及大規模應用的數據和場景，在國內大多數只能對IGBT做模塊封裝的時候，比亞迪已經實現了自主研發、自主設計IGBT晶片，帶來了眾多出色的產品，例如1200V 200A IGBT晶片——BWG193N120L就曾獲得2017年第十二屆「中國芯」最具潛質產品稱號。V-315系列更是全球首款大批量應用於雙模混合動力汽車的1200V大功率IGBT模塊，是全球裝車量最多的全橋IGBT模塊。

　　新能源汽車產業是我國的重點新興產業，同時也是國際汽車業的發展方向，IGBT無論是從功能的重要性還是從技術的發展難度上來看，已經成為新能源汽車發展的「命門」，自主設計製造國產IGBT晶片，才能不受制於人，才能在激烈的競爭中搶到行業的高點，掌握IGBT全產業鏈，是未來國家和相關企業必須要走的路。