一周专家专栏文章汇总:电力电子行业发展离不开科技创新

中国教育装备采购网2013-08-05 10:25围观220次我要分享

  专家简介:朱英文:(1939- ),高级工程师,现任北京京仪椿树整流器有限责任公司技术顾问,中国电力电子产业网特约顾问,主要研究电力半导体器件的设计、制造、应用中的热设计和电力半导体器件主回路结构设计。曾参与专业词典、书籍的编写、翻译等工作。

  主要成果有:“无刷励磁发电机用旋转整流管设计和制造”,“晶闸管芯片球面磨角工艺”“大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算方法”等。

  作者近期文章汇总:

  (一)-IGBT在国内外

  1、中国的现状仍是进口芯片封装为主,但大有进步

  多年前,进口IGBT芯片封装成模块投入国内市场,均属一般水平。其中IGBT模块封装用的关键零部件还需进口。

  近年来,具有代表性的新闻是:中国北车集团属下的西安永电电气有限责任公司生产6500V/600A IGBT功率模块已成功下线,使其成为全球第四个、国内第一个能够封装6500V以上电压等级IGBT的厂家。此外,江苏宏微的IGBT模块已成功进入电焊机市场,浙江嘉兴斯达的IGBT模块正积极向国外市场推广。目前我国IGBT(含配套的超快FRD)现状是:通过自己开发和技术引进,已经解决了电压可达6500V、电流可达几千安培的IGBT功率模块封装(内含FRD)的批量生产技术。以上听到的好新闻寥寥无几,所以中国需要创造出自己的IGBT制造技术才能独立生存,否则就只能生产落后的产品或者向外国公司支付高额的技术费用。

  (二)-IGBT两种经营模式的争论

  1、半导体集成电路产业的两种经营模式:综合模式(IDM)与无晶圆厂模式(Fab+Fabless)

  半导体集成电路产业的发展经历了一个不断分工细化、发展的过程。有人将当前的半导体集成电路公司及其业务模式分成了两个种类:第一种是IDM模式(The Integrated Device Manufacturer Model,综合型)。该模式特点是一家企业在内部完成了制造、设计甚至是设计工具的开发。今天全球主要的半导体公司多数是IDM类型的公司。第二种模式是Fab(轻晶圆厂)+Fabless(无晶圆厂)模式。该模式的显著特点是:Fab专注于做工艺研发和设计代工(设备供工艺研发用),Fabless企业专注于做IC设计(无制造能力)。根据全球半导体联盟(GSA)数据表示,到2011年,全球共有1800家无晶圆厂。

  2、中国的IGBT经营模式

  IGBT是功率半导体器件,它的设计和制造糅合了微电子集成电路和电力电子功率器件各个环节。尽管如此,在国外,IGBT产业与集成电路产业是完全不同的。集成电路产业是设计与加工分离,由专门的设计公司(无晶圆厂)进行电路设计和专门的代工企业进行制造。然而,在电力电子领域,情况并不是这样,无晶圆的业务模式并不常见。IGBT的设计与制造是不分离的,大多数的电力电子公司都拥有自己的产能或用于生产硅芯片的工厂。此外各大公司IGBT的设计与制造技术也各不相同,都有自己的技术秘密,不便于统一代工。国外的IGBT经营属于IDM模式。

  (三)-光伏产业的风风雨雨

  1、欧盟对华光伏产品反倾销裁决的前前后后

  这几天,最热门的财经话题无疑是欧盟对华光伏产品反倾销初裁作出肯定性裁决:欧盟委员会2013年6月4日宣布,自6月6日起对产自中国的太阳能电池板及关键器件征收11.8%的临时反倾销税。如果中欧双方未能在8月6日前达成解决方案,届时反倾销税率将升至47.6%。

  这里所说的光伏产品包括了高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、逆变器等相关生产设备的制造。它是一种利用太阳能的最佳方式——光伏转换。简单说就是太阳光射到硅材料(硅太阳能电池)上直接发电并网。

  近年来,国内“光伏基地”遍地开花。全国31个省市自治区均把光伏列为优先扶持发展的新兴产业,有300个城市发展光伏太阳能产业,光伏产业基地超过100个。2009年中国内地多晶硅产量超过了两万吨,太阳能电池产量超过了4000兆瓦,连续3年成为全球太阳能电池的第一大国。近五年中国光伏产业占全球市场六成以上。

  由于国内需求尚未全面启动,我国光伏产业严重依赖国际市场,据说90%的光伏产品依靠出口,销往欧洲市场的光伏电池板以及零部件总价值高达210亿欧元。欧盟是中国光伏产品最大出口市场。可是好景不长,自2008年全球经济危机开始,欧美等国光伏需求急剧下降,导致光伏组件价格暴跌超过50%,风光一时的光伏产业迅速进入寒冬。

  (四)-再谈光伏产业的风风雨雨

  自从欧盟委员会2013年6月4日宣布,从6月6日起对产自中国的太阳能电池板及关键器件征收11.8%的临时反倾销税后,引起了国内强烈反响。痛定思痛、认真分析,至今不到一个月时间内,出现了许多关于此事的分析文章。回顾这10年历程,提出了宝贵建议。其中也有不同观点甚至争论。为了让大家了解全局,现把这些议论简要汇编如下。

  1、欧盟委员会的“双反”调查

  中国生产的光伏产品约10%出口到美国,约80%出口到欧洲,余下的才是国内需求。

  2011年10月,美国太阳能电池生产商Solar World要求对中国75家企业展开“双反”调查。2012年5月,美国商务部初裁对从中国进口的光伏产品征收31.14%至249.96%的高额反倾销税。2012年9月,欧盟启动针对中国输欧光伏产业反倾销调查,但并未就中国输欧光伏产业提出反补贴调查。2012年10月,欧盟提交针对中国输欧光伏产业反补贴调查请求。

  2013年5月15日欧盟在布鲁塞尔召开的会议上征求所有欧盟国家贸易专员的意见,并在6月4日宣布,自6月6日起对产自中国的太阳能电池板及关键器件征收11.8%的临时反倾销税,6日前公布初裁结果,12月公布终裁决定。

  欧洲市场去年光伏产品装机量占到全球的六成,而中资企业已获取欧洲市场超过80%的市场份额,2011年中国企业对欧盟出口的光伏产品的价值达210亿欧元。如今中国光伏业已连续六个季度全行业亏损。

  在欧美两大市场接连受阻后,专家指出,若被课以高关税,中国光伏产品在欧洲就没有竞争力,而且欧盟“双反”调查涉及电池、组件等多个生产环节,中资企业无法规避,只能另寻出路,或将转战国内本土市场、非洲等发展中国家以及金砖国家这些新的市场。

  (五)-十大新兴产业为半导体市场注入增长因素

  有新闻报导,近年来迅速发展的十大新兴产业无一不与半导体有关。这十大新兴产业是:LED照明、智能电网、新能源、LTE通信、智能手机、智能电视、平板电脑、云计算、电动汽车和个人医疗电子。仔细分析,这十大新兴产业之所以发展迅速正是因为它们分属能源与信息两大产业。前者因传统能源的枯竭和对环境的污染促使人们不得不寻找新型的可再生能源和绿色能源。其后盾就是功率半导体和电力电子技术。后者是半导体特别是半导体微电子技术发展的必然结果。如今,自电力电子器件IGBT问世后,微电子技术已与电力电子技术密不可分。好消息是,十大新兴产业为2012年以后的半导体市场注入了不少推动需求增长的因素。本文综合有关报导,以便从十大新兴产业的定义出发,来了解它们之间的关系。

  1, LED照明

  LED(Lighting Emitting Diode)照明即是发光二极管照明,是一种半导体固体发光器件。半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿色的光,在此基础上,利用三基色原理,添加荧光粉,可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。

  优点:

  高节能:电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。

  寿命长:LED为固体冷光源,使用寿命可达6万到10万小时,为传统光源寿命10倍以上。

  多变幻:LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下即可产生16777216种颜色,形成不同光色的组合,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

  利环保:光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。

  高新尖:与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。

  2,智能电网

  智能电网是以包括各种发电设备、输配电网络、用电设备和储能设备的物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、网络技术、通讯技术、计算技术、自动化与智能控制技术等与物理电网高度集成而形成的新型电网,它能够实现可观测(能够监测电网所有设备的状态)、可控制(能够控制电网所有设备的状态)、完全自动化(可自适应并实现自愈)和系统综合优化平衡(发电、输配电和用电之间的优化平衡),从而使电力系统更加清洁、高效、安全、可靠。

  (六)-碳化硅(SiC)肖特基二极管的综合评价

  一、硅肖特基二极管的特点

  硅肖特基二极管早已有之。它是一种金属与半导体硅接触的二极管,由于它的这种特殊结构,使其具有如下不同寻常的特性:

  硅肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向恢复电荷(Qrr)和它的恢复软化系数。

  低Qrr在二极管电压换成反向偏置时,关闭过程所需时间,即反向恢复时间trr大大缩短。下表所列肖特基二极管trr小于0.01微妙。便于用于高频范围,有资料介绍其工作频率可达1MHz(也有报道可达100GHz)。高软化系数会减少二极管关闭所产生的EMI噪声,降低换向操作干扰。

  硅肖特基二极管还有一个比PN结器件优越的指标是正向导通电压低,具有低的导通损耗。

  但硅肖特基二极管也有两个缺点,一是反向耐压VR较低,一般只有100V左右;二是反向漏电流IR较大。

  结论:

  我国电力电子技术在经济上的地位非常的重要,所以进行科技创新,发展新型产业是我国要走的必经之路,电力电子在每一个产业的使用都非常广泛,所以加大电力电子的科技创新有助于推动生产力的快速发展,所以我们应该在各个行业都应该重视电力电子的科技创新,这样才能有效的推动行业的发展以及国民经济的发展。

来源:中国电力电子产业网

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