随着新能源汽车和@@电动飞机概念的兴起@@，在可预见的未来里@@，电能都将会是@@人类社会发展的主要能源@@。然而@@，随着电气化在各行各业的渗透率不断提升@@，每年全社会对电能的消耗量都是@@一个天文数字@@。比如@@在中国@@，根据国家能源局发布的数据@@，2022年全社会用电量@@86,372亿千瓦时@@，同比增长@@3.6%；其中@@，高速发展的新能源汽车在整车制造方面@@，用电量大幅增长@@71.1%。
图@@1：全社会用电量统计@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
各行业电气化进程逐渐深入后@@，我们也必须要考虑到一个严峻的问题@@，那就是@@节能@@。当前@@，任何一种用电设备@@在设计之初@@，都会将高能效和@@低能耗作为两大核心性能@@，变频空调@@、变频冰箱等@@就是@@其中@@典型的例子@@。
要想让设备@@不断实现更好的节能指标@@，用功率器件@@取代传统开关是@@必要的一步@@。可以@@说@@，功率器件@@创新的方向就是@@为了打造更节能的社会@@。在这里@@，我们将重点为大家推荐几款贸泽电子@@@@官网@@在售的功率器件@@@@，让大家有一个直观的感受@@：功率器件@@能够帮助大家成为节能达人@@。
降功耗@@、提密度是@@@@IGBT的优势@@
功率器件@@是@@半导体行业里面的一个重要分支@@，大量应用于消费电子@@@@、工业控制@@、交通能源@@、电力电网@@和@@航空航天等@@领域@@。从具体的设备@@来看@@，小到个人用手机和@@电脑的电源@@，大到电动汽车@@、高速列车@@、电网@@的逆变器@@@@，基本都是@@以@@功率器件@@为核心设计实现的@@。
在功率器件@@普及之前@@，各行各业靠低效@@、笨重的开关来控制电能@@，功率器件@@可以@@通过切换电路来控制电流@@，从而取代开关@@。相较而言@@，功率器件@@的优势@@包括开关速度快@@、开关损耗小@@、通态压降小@@、耐高温高压@@，以@@及功率密度高等@@@@。功率器件@@的典型性能优势决定了@@，这些@@器件能够从设备@@运转@@、设备@@待机和@@设备@@体积等@@多方面实现能耗的降低@@。
功率器件@@主要分为二极管@@、三极管@@、晶闸管@@、MOSFET和@@IGBT等@@。其中@@，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管@@）是@@MOSFET（场效应晶体管@@）和@@BJT（Bipolar Junction Transistor，双极晶体管@@）的结合体@@，因此@@既有@@MOSFET的优势@@，也有@@BJT的优势@@。综合而言@@，IGBT的优势@@包括高电流@@、高电压@@、高效@@率@@、漏电流小@@、驱动电流小@@、开关速度快等@@@@，被广泛应用于电力控制系统中@@。
在低碳浪潮中@@，IGBT受到了热捧@@，其不仅器件可靠性更高@@，并且相较于传统的@@MOSFET、BJT，拥有更低的漏电流@@，因此@@器件损耗更低@@，在具体的使用过程中@@，借助@@IGBT只需要一个小的控制信号就能够控制很大的电流和@@电压@@，在节能的同时也显著提高@@了系统的效率@@。目前@@，IGBT器件依然在借助@@新工艺@@和@@新模块方案来进一步降低系统的能耗@@。
接下来我们将为大家重点介绍一款@@IGBT智能功率模块@@（IPM），来自制造商@@ROHM Semiconductor，贸泽电子@@@@官网@@上该器件的料号为@@BM63574S-VC。
图@@2：BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模块@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
BM63574S-VC是@@整个@@BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模块@@阵营中的其中@@一款@@，这些@@IGBT IPM产品由栅极驱动器@@@@、自举二极管@@、IGBT和@@再生用快速反向恢复二极管组成@@，工作电压为@@600V，可支持的集电极电流最高可至@@@@30A。
通过下图@@可以@@看到@@，这些@@600V IGBT IPM具有三相@@DC/AC逆变器@@、低侧@@IGBT栅极驱动器@@（LVIC）、高侧@@IGBT门驱动等@@功能@@单元@@。其中@@，低侧@@IGBT栅极驱动器@@除了承担驱动电路的角色@@，还提供@@短路电流保护@@（SCP）、控制电源欠压锁定@@（UVLO）、热关断@@（TSD）、模拟信号温度输出@@（VOT）等@@保护功能@@；高侧@@IGBT门驱动器@@（HVIC）基于@@SOI（绝缘体上硅@@）工艺@@，除了本身的驱动电路@@，还提供@@高电压@@电平转换@@、自举二极管@@的电流限制@@、控制电源欠压锁定@@（UVLO）等@@功能@@。
图@@3：BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模块@@系统框图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）
可以@@说@@，BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模块@@除了发挥@@IGBT本身的优势@@之外@@，也进行了很多针对性的创新@@。比如@@，在高侧@@@@IGBT门驱动器@@上采用@@@@SOI工艺@@，提高@@了开关频率和@@功率密度@@，降低了系统功耗@@，并简化了电路设计@@；高侧@@IGBT门驱动器@@中内置自举二极管@@@@，可由自举二极管@@供电@@，节省@@PCB面积并减少@@188足彩外围@@app
数量@@；另外@@，高侧@@和@@低侧@@@@IGBT门驱动器@@均有欠压锁定功能@@，能够防止@@IGBT模块工作在低效或@@危险状态@@。
图@@4：BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模块@@典型应用电路@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）
这些@@600V IBGT IPM非常适用于@@AC100至@@240Vrms（直流电压@@：小于@@400V）类电机控制应用以@@及空调@@、洗衣机或@@冰箱用压缩机或@@电机控制等@@其他应用@@。
SiC让节能增效更进一步@@
从产业发展现状来看@@，目前@@硅是@@制造芯片和@@半导体器件最广泛的原材料@@，绝大多数的器件都是@@基于@@硅材料制造@@。不过@@，由于硅材料本身的限制@@，因此@@相关器件在高频和@@高功率应用方面愈发乏力@@，以@@SiC（碳化硅@@）为代表的第三代半导体大功率电力电子@@器件则是@@一个很好的补充@@。
根据市场调研机构@@Yole的统计数据@@，2021年全球@@@@SiC功率器件@@市场规模@@为@@10.90亿美元@@，预计@@2027年市场规模将达到@@62.97亿美元@@。之所以@@@@能够有如此快速的增长@@，离不开@@SiC功率器件@@的优良性能@@。SiC功率器件@@又被称为@@“绿色能源器件@@”，可显著降低电子@@设备@@的能耗@@。
图@@5：全球@@SiC功率器件@@市场规模@@（图@@源@@：Yole）
综合而言@@，SiC功率器件@@有三大方面的性能优势@@。
其一是@@材料本身@@，作为宽禁带半导体材料的代表@@，SiC具备@@良好的耐高温性@@、耐高压性和@@抗辐射性@@，显著提升器件功率密度@@；
其二是@@@@SiC功率器件@@拥有高击穿电场强度特性@@，有助于提高@@器件的功率范围@@，降低通电电阻@@，使其具备@@耐高压性和@@低能耗性@@；
其三是@@高饱和@@电子@@漂移速率特性@@，意味着更低的电阻@@，得以@@显著降低能量损失@@，简化周边被动器件@@。也就是@@说@@，无论是@@器件本身@@，还是@@基于@@@@SiC功率器件@@构建的电力系统@@，都会具备@@高能效@@、高功率密度的显著优势@@。
下面我们就来为大家推荐一款具备@@上述优势性能的@@SiC功率器件@@，来自制造商@@ROHM Semiconductor，贸泽电子@@@@官网@@上该器件的料号为@@SCT3060ARC14，属于@@ROHM Semiconductor SiC 4引脚沟槽式@@MOSFET中的一款@@。
图@@6：ROHM Semiconductor SiC 4引脚沟槽式@@MOSFET（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
ROHM Semiconductor SiC 4引脚沟槽式@@MOSFET原理上在开关过程中不会产生拖尾电流@@，可高速运行且开关损耗低@@。因此@@与传统的硅解决方案相比@@，SiC MOSFET具有更低的导通电阻和@@更快的恢复速度@@。
这些@@SiC MOSFET采用@@TO-247-4L封装@@，这是@@一种高效@@的封装@@方式@@，具有独立的电源和@@驱动器源极引脚@@，通过开尔文源极引脚将栅极驱动回路与电源端子分开@@。因此@@，由于源电流的上升@@，导通过程不会因电压下降而减慢@@，从而进一步显著降低导通损耗@@。
图@@7：ROHM Semiconductor SiC 4引脚沟槽式@@MOSFET引脚示意图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）
这些@@SiC MOSFET提供@@650V和@@1200V两种型号@@，是@@服务器电源@@、太阳能逆变器@@和@@电动汽车充电桩的理想选择@@，当然@@也可以@@将其应用于@@DC-DC转换器@@、开关电源和@@感应加热等@@应用方向@@。
传统功率器件@@的节能趋势@@
上面我们已经提到了@@，功率器件@@的种类非常丰富@@，为了满足行业对节能增效的需求@@，不只是@@@@IGBT和@@SiC MOSFET这样的热门器件在不断更新迭代@@，传统功率器件@@也在进行积极创新@@。
目前@@，功率器件@@的创新点有很多@@。比如@@SiC和@@GaN（氮化镓@@）这些@@属于@@材料级别的创新@@；也有@@结构@@和@@工艺@@的创新@@，异质结构@@器件@@、复合型器件@@、磁隔离型器件等@@都是@@较新的器件结构@@@@，制造工艺@@和@@封装@@工艺@@也在不断升级@@；当然@@，还有智能化和@@可重构的趋势@@，让功率器件@@的使用可以@@更加灵活@@。
接下来我们通过一颗具体的器件来看一下@@，该器件来自制造商@@@@Nexperia，贸泽电子@@@@官网@@上的料号为@@BC857BW-QX。
图@@8：BC857BW-QX（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
BC857BW-QX为一款@@PNP通用晶体管@@，其具有低电流和@@低电压特性@@，最大电流为@@100mA，最大电压为@@65V，可以@@帮助系统具备@@低功耗的优势@@@@。
除了器件本身的特性@@，BC857BW-QX在封装@@方式上采用@@@@SOT323表面贴装的方式@@，这是@@一种非常小的封装@@方式@@，并且由过去数十年来一直使用的@@SOT23封装@@发展而来@@，因此@@具备@@小型化和@@高可靠的优势@@@@。所以@@@@，从器件本身来说@@，BC857BW-QX是@@一颗小型化和@@低功耗的器件@@，也能够在系统中发挥同样的优势@@@@，帮助打造高功率密度的产品@@。
BC857BW-QX符合@@AEC-Q101车规级认证@@，适用于汽车应用中的开关和@@放大应用@@。
智能化和@@可重构是@@未来的大趋势@@
上述内容我们主要通过功率器件@@的材料@@、结构@@、封装@@和@@模块等@@方向来阐述功率器件@@的低功耗发展趋势@@，这样的性能优势让大家在使用过程中@@，可以@@较为从容地应对越来越严苛的高能效要求@@，成为社会应用创新中的节能达人@@。
面向未来@@，除了从器件本身和@@应用电路方面继续突破以@@外@@，功率器件@@也必须要更重视和@@人工智能@@、物联网@@技术@@的结合@@，需要具有智能化和@@可重构的特点@@，以@@适应智能化@@、自适应的电力电子@@应用@@。当具备@@这样的优势@@之后@@，功率器件@@将能够赋能更多的终端领域@@，开启节能@@、高效@@、智能的新时代@@。
本文转载自@@： 贸泽电子@@@@微信公众号@@@@