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一文看懂MOSFET和IGBT_功率_半导体

雨夜梧桐 2024-12-12 02:26:10 0

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基本上,功率半导体大致可分为功率离散元件 (Power Discrete) 与功率积体电路 (Power IC) 二大类,个中,功率离散元件产品包括 MOSFET、二极体,及 IGBT,当中又以 MOSFET 与 IGBT 最为主要。

MOSFET、IGBT 紧张用于将发电设备所产生电压和频率凌乱不一的电流,透过 一系列的转换调製变成拥有特定电能参数的电流,以供应各种终端电子设备,成为电子电力变革装置的核心元件之一。

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而环球功率半导体市场中,用于工业掌握比重最高,达 34%,其次是汽车及通讯领域各占 23%,消费电子则占 20%。

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(图片来自网络侵删)

近年来,功率半导体的运用领域已从工业掌握和消费电子拓展至新能源、轨道交通、聪慧电网、变频家电等市场,整体市场规模呈现稳定发展趋势。
根据 IHS Markit 预测,2018 年环球功率元件市场规模约为 391 亿美元,预估至 2021 年市场规模将上升至 441 亿美元,年複合发展率为 4.1%。

资料来源:IHS

而 IC Insights 则指出在各种半导体功率元件中,未来最看好的产品将是 MOSFET 与 IGBT 模组。

MOSFET 是一种可以广泛利用在类比电路与数位电路的场效电晶体,具有导通电阻小,损耗低,驱动电路大略,热阻特性佳等优点,特殊适宜用于 PC、手机、行动电源、车载导航、电动交通工具、UPS 电源等电源掌握领域。

而 2016 年,环球 MOSFET 市场规模达 62 亿美元,预估到 2022 年,环球 MOSFET 市场规模将靠近 75 亿美元,而这之间年複合增长率将达 3.4%。

至于 IGBT 则是由双载子接面电晶体 (BJT) 和 MOSFET 组成的複合式半导体功率元件。
兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 BJT 的低导通电阻两方面的优点。
IGBT 驱动功率小,非常适宜运用于直流电压为 600V 及以上的变流系统,如互换电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等。

资料来源: IHS,二级体、MOSFET 和 IGBT 产值(亿美元)

随着消费者对付充电效率的哀求逐渐提升,手机充电涌现快充模式,意即透过提高电压来达到高电流、高功率充电,但高电压存在安全隐忧,须要加入整流的 MOSFET 来调度。

而后来涌现较为安全的闪充模式,紧张是透过低电压、高电流来实现高速充电,这对同步整流 MOSFET 的哀求更高。

另一方面,则是汽车家当的变革,目前汽车家当发展已从传统汽车朝向电动车提高。
而汽车电子化程度的提升,最大沾恩者就属功率半导体。
传统燃油汽车中,功率半导体紧张用在启动、停滞和安全等领域,比重只有 20%。
依照传统汽车中,以半导体单车代价 350 美元打算,功率元件代价约在 70 美元。

但进入到电动车世代,其电池动力模组要用大量的电力设备,电力设备中都含有功率半导体,溷合动力汽车的功率元件比重 40%,纯电动汽车的功率元件比重达 55%。
依照纯电动汽车半导体单车代价 750 美元打算,功率半导体代价约在 413 美元,是传统汽车约 6 倍。

MOSFET、IGBT 国际大厂把持

MOSFET 市场紧张由英飞凌佔据,根据 IHS 统计指出,英飞凌市占高达 27%,排名第二为安森美,市占率 13%,第三则是瑞萨的 9%。

而在代价含量高的高压 MOSFET 领域中,英飞凌更因此 36% 的市占率大幅领先所有竞者对手,意法半导体与东芝则以市占 19% 及 11% 分居二、三名。

资料来源:IHS

至于在 IGBT 市场中,则是由英飞凌,三菱和富士电机处于领先位置,安森美则主攻在低压的消费电子家当,电压在 600V 以下。
而中高压 1700V 以上领域,则是运用在高铁,汽车电子,聪慧电网等,基本被英飞凌、ABB 和三菱垄断。

资料来源:IHS

MOSFET 与 IGBT 各具利害

MOSFET 依内部构造不同,可达到的电流也不同,一样平常大到上 KA 也是可行,但 MOSFET 耐电压能力没有 IGBT 强。

而 MOSFET 上风在于可以适用高频领域,MOSFET 事情频率可以适用在从几百 KHZ 到几十 MHZ 的射频产品。
而 IGBT 到达 100KHZ 险些是最佳事情极限。

末了,若当电子元件须要进行高速开关动作,MOSFET 则有绝对的上风,紧张在于 IGBT 因有整合 BJT,而 BJT 本身存在电荷存储韶光问题,也便是在 OFF 时需耗费较永劫光,导致无法进行高速开关动作。

以是综合来看,MOSFET 适用在携带型的充电电池领域,或是行动装置中。
至于 IGBT 则适用在高电压、大功率的设备,如电动马达、汽车动力电池等。

本日是《半导体行业不雅观察》为您分享的第2208期内容,欢迎关注。

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