中国进入交通基础建设高峰期,IGBT市场规模已现

上网时间: 2009年09月01日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:IGBT? 牵引级? 车辆级?

金融风暴吹散了欧美市场强大的消费力,也瞬间打乱了各行业的市场格局,让各企业的强弱地位发生了易位。目前,全球各种资源处于历史最低价位,包括不少昔日的贵族企业,也在这场危机中沦为申请破产保护的街头落魄者。而中国相对远离金融风暴中心,对全球金融市场的开放有限,政府又适时推出各种相关刺激经济复苏的政策,稳定的市场和稳健的财务状况让中国企业积聚了海外“抄底”的能力。

近来中国海外并购活动频频,半导体行业海外公司也悄然出现了中国企业入主的身影。2008年11月,中国南车集团下属的株洲南车时代电气打破了中国轨道交通装备制造行业在跨国并购案上的空白,以1,672万加拿大元(约1.09亿元人民币)收购了英国大功率半导体制造商Dynex Power 75%的股权。

Dynex是全球领先大功率半导体供应商,主要产品为双极分立式半导体和功率组件。大功率半导体大量应用于铁路、城市轨道交通、风力发电等领域,占成本比重大,是不可忽视的关键组件。其中,绝缘栅双极晶体管(IGBT)大量应用于车辆牵引传动领域,约占株洲南车时代电气的产品机车主牵引及辅助变流器成本的1/3。

近期,又有消息称Dynex Power将投资1,200万英镑(约1.35亿元人民币)对IGBT生产线进行扩建,计划安装两条6英寸晶圆的IGBT生产线来代替目前的4英寸线。根据Dynex在多伦多证交所的公告,此次扩能主要用于供应母公司时代电气以满足中国铁路市场的需求。

株洲南车的收购行为和Dynex扩建IGBT从旁印证了英飞凌公司工业及家电功率器件高级经理马国伟的观点。在不久前召开的PCIM China 2009上他表示,未来中国轨道交通车辆市场需求庞大。近期中国政府新增经济刺激方案4万亿中的8千亿元将注入轨道交通建设,加上原有计划的1.2万亿元,合共2万亿元的资金将会投放在未来的铁道建设中。

轨道建设疾驰,IGBT市场奋进

中国进入交通基础建设高峰期,IGBT市场规模已现_ESMCOL_1

马国伟:粗略估计未来中国轨道交通需求量将超过1万辆,可以想见轨道交通给IGBT市场所带来的空前机遇和发展空间。

在中国铁路发展的过程中,政府是最重要的推手。根据中国铁路“十一五”规划的“四纵四横”铁路客运快速通道,中国铁道总长度将从2006年(十一五规划初期)的7.6万公里增加到2010年的9万公里,而这个数字将在2020达到12万公里。

“这些数字反映了中国铁路具有非常大的潜力,”马国伟说,“因为中国人多,而在人多、城市密集的背景下,铁路是最有效的交通方式。”他预计中国近期将新增5,000辆电力及柴油机车、2,000列高速动车组及3,000辆客车厢。

快速解决地区之间人口运输的交通方式就是建设铁路;相应的,缓解城市交通问题的捷径则是建设地铁。目前,中国已有至少25个城市计划建设或扩展地铁,总计达数千公里。马国伟估计,中国城市快速轨道交通的建设估计需要新增1,000列以上的地铁车厢。

可见,将来中国铁路的发展离不开大量电力机车和高速动车组。近年来经过采用技术引进、消化、吸收、再创新的策略,中国铁道部大力扶持中国南车、中国北车研发电力机车,并释出大量采购订单,中国电力机车研发、制造水平已慢慢追上国际发展水平。目前,中国已研发生产了3款功率值为9,600千瓦等级的大功率交流传动机车HXD1B、HXD2B和HXD3B;时速超过300千米的高速动车组也有2款车型CRH3和CRH5。

通常,电力机车需要500个IGBT,动车组需要超过100个IGBT,一节地铁需要50~80个IGBT模块。粗略估计上述轨道交通需求量超1万辆,可以想见轨道交通给IGBT市场所带来的空前机遇和发展空间。

结温提升牵引级IGBT性能

大功率交流传动电力机车内部组成对功率器件而言有两个重要模块:主牵引变流器和辅助变流器。主牵引变流器为牵引机车提供动力,功率最高、电压最大,工作条件最为严酷。辅助变流器为其他非动力电流供电,如空调、车灯、后备电源等,电压、功率相对较低,工作条件也相对较好。主牵引变流器主要需要3.3千伏或6.5千伏高压模块,辅助变流器的电压则相对比较低,1.7千伏模块就能满足。马国伟强调,上述三种模块需要选用牵引级模块,因为机车工作环境非常恶劣。

“牵引级IGBT是电子应用领域要求最高等级的IGBT,”马国伟指出,“牵引级IGBT对可靠性和产品生命周期的要求极高。”牵引级IGBT的功率高达1千万瓦,每个IGBT承受的最高电压可高达6.5千伏,每标称电流高达600安。牵引级高压大功率IGBT的工作环境严酷,负载剧烈变化,对IGBT模块的寿命影响很大,这就需要采用特定的技术来提高器件的温度循环寿命和功率循环寿命。

一般工业级功率模块的工作温度为125℃,英飞凌的IHM/IHV-B系列牵引级功率模块的工作温度比通常工业级功率模块的工作温度高出25℃,达到150℃。马国伟指出提高25℃对于IGBT有两个好处:首先,增加了IGBT模块的输出功率能力,有利于提高模块输出功率的密度,进而使整个变流器的设计更为小巧。其次,提高牵引级IGBT的工作温度增强了功率循环能力,从而提高模块的可靠性和工作寿命。

“提升结温是我们提升IGBT可用功率的一个手段,而且它是IGBT模块封装技术提升的结果。”英飞凌科技工业及多元化电子市场事业部工业功率市场总监Vivek Mahajan指出,IGBT的输出电流主要受结温限制,芯片的温度限制了它的功率负荷。如果能够将结温提升就意味着IGBT可以输出更大的电流。而实现结温提升的方法有两种:一是降低IGBT的饱和电压,降低IGBT的损耗;另外一个手段就是提高模块的焊线工艺,提升它的可靠性和功率交变能力。

Mahajan解释说:“提高IGBT的结温可以使客户获得更大的使用功率,还可以降低损耗,散热器温度和模块壳温也随之降低了,允许模块输出更大的电流,同时IGBT的可靠性提升大大延长了模块的使用寿命。”

混合动力车上路,车辆级IGBT成核心

科技进步对资源的过度消耗已经引起自然环境的反噬,各国政府纷纷将节能减负付诸于行动。2009年2月中国启动了“十城千辆”工程,用财政补贴的手段鼓励每个城市将燃油车更换成符合环保节能标准的电动以及混合动力客车。马国伟解释说,内燃机的能源效率并不固定,只有维持在最佳点才能得到最佳的工作效率。但是车的行驶过程并非匀速,因此不允许引擎固定速度来工作,所以传统燃油机车能源利用率不能达到最优化。而混合动力机车的动力从两部分获取,一部分动力从稳定工作在最佳工作点的内燃机获得,另一部分电力从电机获得。如果实际需要的动力比内燃机的供能小,则用多余的动力充电,通过发电机存储在电池;如果需要的功率大于内燃机的功能,马达可以和内燃机联合共同驱动机车前进。混合动力机车采用这样“混合双打”的方式取长补短,让内燃机获得最佳的能效比。

混合动力车的关键组件是发电机和马达驱动,而发电机和马达驱动的关键则在于IGBT。鉴于混合动力车的工作环境略优于轨道交通,马国伟建议选用车辆级IGBT模块。PrimePACK利用英飞凌第四代IGBT,最高结温为175℃;通过将IGBT的位置更靠近基板螺丝固定点的方其法,有效降低基板与散热片之间的热阻效应,内部杂散电感与同级产品相比降低约60%。


[ 投票数:? ] 收藏 ??? 打印版 ??? 推荐给同仁 ??? 发送查询 ??? ?订阅杂志

评论
免费订阅资讯速递
信息速递-请选择您感兴趣的技术领域:
  • 安防监控
  • 便携设备
  • 消费电子
  • 通信与网络
  • 分销与服务
  • 制造与测试
  • 工业与医疗
  • 汽车电子
  • 计算机与OA
  • 电源管理
  • 无源器件与模组
  • 新能源
  • 供应链管理
论坛速递
相关信息
  • IGBT是什么
  • IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写,中文意思是绝缘三双极型功率管。IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频器开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

  • 什么是车辆级?
  • 国际电子商情提供相关车辆级技术文章及相关车辆级新闻趋势,及更新最新相关车辆级电子产品技术

  • 什么是牵引级?
  • 国际电子商情提供相关牵引级技术文章及相关牵引级新闻趋势,及更新最新相关牵引级电子产品技术

?新浪微博推荐
Global Sources


编辑推荐
?大家正在说


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
电子元器件数据手册下载
数据手册搜索

Datasheets China.com

《汽车电子特刊》

汽车电子系统在现代的汽车中占有的比重越来越高,对产品设计的工程师来说,产品的设计和验证面临着很多的挑战。本期《汽车电子特刊》将会向您呈现ADI技术对于汽车电子行业的应用等,还有IIC汽车电子论坛的精彩回顾哦!

扫一扫,关注最新资讯

esmc