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功率半导体让生活更美好

最新更新时间:2024-09-19
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01

什么是功率半导体


电力电子技术和半导体技术在我们生活中扮演重要的角色:

变频空调,变频冰箱,变频洗衣机使我们生活更节能,更舒适;

高铁,轻轨,地铁使我们出行更便捷;

电动汽车,氢燃料电池汽车动力好,零污染;

风力发电,光伏发电清洁能源使我们天更蓝,水更清;


这些都离不开电机驱动技术,离不开电能的变流技术,他们的核心是大功率电子开关,绝缘栅双极型晶体管—— IGBT




IGBT本质上是个晶体三极管,是半导体的基本单元之一。



晶体三极管进入我们生活是60年前,1958年3月13日,我国第一台半导体收音机在上海诞生,这以后的很多年中,装一台高级6管超外差式收音机是无线电爱好者的基本功。


晶体管是20世纪的重大发明,晶体管的发明为集成电路的降生吹响了号角。


今天半导体是尖端技术,产业规模将近5000亿美元,这其中有个新能源和节能有关的细分市场——IGBT。


IGBT是个电子开关,它用小电流、小电压控制负载中的电压电流。


IGBT能通过几百安培的电流,能耐受几千伏电压,这可不容易,是半导体的技术登峰造极之作。


这样的器件在你家里到处可见,充电器、变频空调洗衣机……


IGBT是半导体芯片,薄如纸张,电流从芯片的背面流向正面。一个1平方厘米见方,120微米厚的IGBT芯片,需要承受1200V高的电压,可以在-40度到175度时,妥妥关断300A电流, 在工作的时候一个芯片需要每秒钟开通关断几万次。这样的芯片需要封装的功率器件的基本封装中,譬如TO-247中,有三个脚,一个门极控制着另外两脚的导通与关断。



为了把IGBT做成各种电路功能或做成更大电流的器件,人们发明了IGBT模块和带驱动的智能模块


02

功率半导体还我绿色星球


石油和煤是最主要的能源,石油是交通工具的主要能源,煤炭是发电的主要能源,在燃烧过程中会产生大量的温室气体。


一吨标准煤可发3000度电,燃烧一吨标准煤,就产生2.6吨二氧化碳。


假设你家每月电300度,就会产生二氧化碳260千克,130立方米,可以使4百万立方米的空气二氧化碳浓度增加10%。(二氧化碳体积浓度 0.03%-0.04%)


同样可以估算出一升汽油,在燃烧后产生2.3千克的二氧化碳,比汽油本身质量还高。


人类的出路


发展光伏,风力等新能源发电

发展电动汽车和氢燃料电池汽车


节约使用石油不仅仅为了减少排放,石油是工业的血液,我们看一段视频,上海世博会石油馆主展影片 《石油梦想》????????


来源:上海世博会中国石油馆


没有石油,制造化肥就非常困难,世界也会因为缺少染料而失去应有的色彩,也会直接影响医药行业,橡胶行业,纺织行业……


图片为海世博会石油馆主展影片《石油梦想》的截图



能源有限,节约无限



人类的出路在与开发利用新能源,提高用电效率,石油制品回收再加工或再利用,倡导践行低碳生活等等,功率半导体可以做出更大的贡献。


03

功率半导体让生活更美好


我们生活已经离不开电力电子技术,我们一起数一下,你家有几个马达?


冰箱、洗衣机、空调、吸尘器、扫地机器人、增压泵、食品料理机、脱排油烟机、按摩椅、电吹风、剃须刀、电动牙刷、按摩椅、电脑、CD机、手机振动电机......我家马达几十个。


空调和取暖器有什么区别?


取暖器有一份电发一份热,而空调是把室外的热量搬到室内,一份电可以搬运三份热,变频空调能效比轻易可以超过3,制热效率高达300%以上。


这靠的是六个0.1平方厘米的IGBT芯片构成的三相变频器推动压缩机源源不断把3000瓦的热量从寒冷的室外搬运的室内,给你带来温暖。


它的大脑是英飞凌iMOTION™控制器,肌肉是英飞凌的IGBT智能功率模块IPM。



3000元的电吹风高级在哪?


一个每秒10万转的直流无刷电机仅一个红酒瓶塞大小,它的输出功率超过100瓦,由英飞凌的CIPOS™智能模块IPM控制驱动,精确控制风量和温度。



家电为什么要选变频?


洗衣机要选变频的

变频洗衣机节能,静音,高速甩干,不缠绕。最大家用洗衣机做到了20公斤,305mm大驱动,9.5Nm超强动力,瞬间提速,变频精确控制提供强力洗的动力输出。



变频冰箱最节能

电脑温控的变频冰箱,实现一级能效,每天耗电仅0.54度,如果一天省半度电,一年就可以省100元电费,减少二氧化碳排放160千克,80立方米。


注: 图片来自网络, 美的产品


变频微波炉最好用

采用单个IGBT的变频微波炉,可以在-10度到90度之间智能温控加热,-10度—5度软化冰淇淋,20-40度加热婴儿食品,40-55度融化黄油奶酪,这样的变频微波炉解冻冰冻食品更不在话下。


注:图片来自网络,松下产品


IH电饭煲是什么原理?


只需一个IGBT,可以实现高频立体加热,让米粒在锅里跳舞,加速米粒糊化速度,充分释放糖分和营养,米饭更香甜松软。


注: 图片来自网络, 美的产品


这就是电力电子技术的魅力所在!



电力电子技术,IGBT使得我们生活更美好!

你能举出更多生活中的例子吗?

拿起笔,写个科普小短文,

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