一文解读IGBT及其储能应用价值

时间： 2024-02-20 来源：芯长征科技公众号

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储能系统成本主要由电池和储能逆变器构成，两者合计构成电化学储能系统成本的80%，其中储能逆变器占到20%。IGBT绝缘栅双极型晶体管为储能逆变器的上游原材料，IGBT的性能决定了储能逆变器的性能,占逆变器价值量的20%-30%。

IGBT在储能领域的主要作用就是变压、变频、交变转换等，是储能应用中不可缺少的器件。

图 1 IGBT模块

IGBT储能应用价值

1、储能 IGBT 价值量较光伏更高

储能用更多的 IGBT 和 SiC，涉及到 DCDC 和 DCAC 两个环节。两种方案，光储一体以及单独储能系统。独立的储能系统，功率半导体器件的用量是光伏的 1.5 倍左右。目前光储一体可能占比超过 60-70%，单独储能系统占比 30%。

图 2 比亚迪IGBT模块

2、IGBT具有广泛的应用层，在储能逆变器中较MOSFET更具优势　

在实际项目中IGBT已逐渐取代MOSFET作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速发展将成为IGBT行业持续增长的全新动力。

什么是IGBT

IGBT，绝缘栅双极型晶体管，绝缘栅简单理解是一个阀门。通俗的理解，是带阀门控制的能控制电子双向（多向）流动的晶体管。

图 3 西门子IGBT模块

是由BJT双极型三极管和绝缘栅型场效应管MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSFET金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管GTR的低导通压降两方面的优点。

图 4 宏微IGBT模块

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和 MOSFET 基本相同，只需控制输入极N 一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。

IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在新能源装备等领域应用极广。

优势

IGBT具备包括输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快、通态电流大、导通压降低、损耗小等诸多优点，因此在当前市场环境中具有绝对优势。

因此，IGBT成为当前功率半导体市场最主流的器件，在新能源发电、电动汽车及充电桩、电气化船舶、直流输电、储能、工业电控和节能等众多领域均有广泛应用。

图 5 英飞凌IGBT模块

分类

依产品结构形式不同，IGBT 有单管、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；

图 6 英飞凌IGBT单管

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（当前市场上销售的多为此类模块化产品）；

图 7 富士IGBT模块

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。

图 8

根据应用场景的电压不同，IGBT 有超低压、低压、中压和高压等类型。

其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的 IGBT 以中压为主，而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高，主要使用高压 IGBT。

图 9

IGBT 多以模块形式出现，IHS 数据显示模块和单管的比例为 3:1。模块是由 IGBT 芯片与 FWD（续流二极管芯片）通过定制化的电路桥接，并通过塑料框架、衬底及基板等封装而成的模块化半导体产品。

基础工作原理在于，以最小能量损耗实现电流转换，是一种具有隔离栅极结构的双极晶体管；栅极自身就是 MOSFET，因此结合了双极晶体管的高载流能力和高阻断电压的优点。

市场现状

2022年，我国IGBT行业产量达到0.41亿只，需求量约为1.56亿只，自给率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占据，其中占比最高的是英飞凌，为15.9%。

IGBT模组市场CR3达56.91%，国产厂商斯达半导和中车时代的市占率合计占比为5.01%。全球IGBT分立器件市占率前三的厂家市场份额合计达到了53.24%，国产厂商仅士兰微一家以3.5%的市场份额进入全球IGBT分立器件市占率前十厂商。

图 10

参考资料：工采网电子元件、乐晴智库、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）及应用进行讨论、东海证券、变频器世界、基本面投资、网络等。

文章来源：艾邦储能与充电

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