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产品技术创新,驱动行业升级

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东芝携大功率器件产品亮相上海PCIM展

东芝存储&电子元器件解决方案公司(Toshiba)旗下东芝电子(中国)有限公司日前参加了于上海举办的上海国际电力元件、可再生能源管理展览会(PCIM Asia 2017),向业内展示了其面向电力能源方面提供的尖端技术和产品。会上,东芝电子(中国)有限公司分立器件战略业务企划统括部高级经理屈兴国接受了本刊访问,从产品性能到技术创新,再到未来发展,向我们介绍了东芝器件产品的市场优势。

作者:Bodo’s功率系统杂志徐敏

核心器件PPI以及PMI,支持新能源、输配电、变频应用的整个产业链

近年来,我国能源结构调整速度进一步加快,新能源市场发展迅猛,其中的风电及光伏产业已经进入了规模化发展的新阶段,风电、光伏发电装机容量也稳居全球首位。在输配电领域,2015-2020年,我国输配电网建设改造投资不低于2万亿元,市场持续高升。从变频器领域来讲,虽然市场规模有些下滑并略超预期,但预计2017年整体维持稳定。

总体来讲,市场前景非常看好。作为为行业提供核心技术支持的器件产品供应商,东芝电子的IEGT(IEGT:Injection Enhanced Gate Transistor即:栅极注入增强型晶体管)产品无疑为这些行业的发展保驾护航。谈到IEGT产品,屈兴国经理向我们说道,东芝的IEGT有压接型PPI封装和塑封模块式PMI的2种封装。针对PPI压接式封装,简单地理解就是上下铜板将芯片压在一起的圆饼封装,由于器件内部没有绑定线(Bonding wire),可实现短路的失效模式,方便客户将器件直接串联使用;由于上下都是铜板,所以是真正的双面散热器件,从而使半导体可靠性大大提高;器件采用陶瓷和厚铜板结构,防爆能力相对于塑封器件大幅度提高。最新推出的ST3000GXH31A是结温为150度的3000A, 4500V压接型IEGT,可以说是目前4500V器件中,功率和性能最好的产品之一。

 1图1:东芝电子展示PPI压接式封装IEGT

当然,东芝也有常规模块封装PMI产品线,早一代的PMI模块产品采用的是硅材料芯片,新产品有采用碳化硅材料来做二极管的混合型IEGT器件,由于新材料硅可以使二极管部分的开关损耗大大降低,以达到损耗大大降低,从而有利于实际的应用系统体积缩小,具有非常高的优越性,这种器件目前在日本的电车上已经有实际的应用。

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图2:东芝电子展示PMI模块封装IEGT以及碳化硅混合模块

更多款明星新品,齐齐亮相

展会期间,除了主打的IEGT 产品外,东芝也带来了多款其它新品。具体有代表性的有东芝IPD 600V智能模块。东芝早期的IPD产品电压比较低,电压等级为500V。而随着市场需求的发展,东芝新推出600V IPD,内部芯片由原来的IGBT替换成沟槽的MOS管,以实现更低的开关损耗,新品也采用贴片封装,便于最终客户实现贴片量产化。东芝的IPD产品主要应用于消费类电子,如空调的室内风机和室外风机、空气净化器的马达等。另外,针对高效电源解决方案,东芝带来了分别应用于太阳能逆变器和路灯的两款新品。

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图3:东芝电子展示采用IPD产品的压缩机方案

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图4:东芝电子的高效电源解决方案

强强联合,为客户谋福利

为了更好的推广IEGT 的压接型产品,也便于客户快速的便捷使用,东芝电子与西安开天公司合作,把器件做成单元的形式。西安开天公司专注压接业务,与东芝公司的完美配合,双方互补双赢,共享客户。这次展会期间,东芝展示了用4颗PPT压接式IEGT和2颗二极管组成的三电平结构单元。在一些要求电能密度比较大的应用场合,如海上风电、大功率变频以及输配电行业的断路器等,如果采用常规的模块,要实现同等功能,产品体积会大大增加,而采用压接式的三电平单元显然是首选的方案。有了这样的优势,西安开天公司为客户开发的产品已经接近量产。

5 图5:东芝电子展示PMI模块封装IEGT以及碳化硅混合模块

高性能产品,为国家项目保驾护航

压接型超大功率IEGT是实现柔性直流输电技术向超高压、超大容量及多端化、网络化方向发展的核心器件,具有短路失效、双面散热的特殊优点。目前在国家柔性输配电项目里IGBT产品的供应商只有几家,而东芝则是其中的一家。东芝IEGT在国家电网和南方电网的实际应用案例最多,如:荣信电力电子就一直使用东芝的IEGT器件。

未来,东芝电子计划于2018年年初推出6500V,1500A器件产品,根据市场需求,产品要求的电压等级也会越来越大。4500V,4000A的产品也正在研制中,以应对更大的输配电项目。按照欧洲超级电网规划、美国Grid 2030计划以及全球能源互联网规划需求,预计未来20年全球规划建设柔性直流输电工程220多条,累计需求IGBT器件约300多万只,市场容量将达1000亿元。回归至我国,国家输配电项目的容量还依需附于半导体,半导体做的越大它传输的容量也就越大。

目前,随着可再生能源在全球能源消费结构中所占比例日益增加,相关技术和基础设施也进一步趋于成熟和完善,可再生能源得到了法规政策的支持,逐步成为全球能源的供应来源,同时风能、太阳能等更是为全球能源消费结构打下了坚实的基础。在中国,东芝一直在与国内厂商合作,利用其先进的功率半导体技术打造电力电子应用。

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