【導讀】隨(sui)著(zhe)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)和(he)電(dian)動(dong)飛(fei)機(ji)概(gai)念(nian)的(de)興(xing)起(qi)，在(zai)可(ke)預(yu)見(jian)的(de)未(wei)來(lai)裏(li)，電(dian)能(neng)都(dou)將(jiang)會(hui)是(shi)人(ren)類(lei)社(she)會(hui)發(fa)展(zhan)的(de)主(zhu)要(yao)能(neng)源(yuan)。然(ran)而(er)，隨(sui)著(zhe)電(dian)氣(qi)化(hua)在(zai)各(ge)行(xing)各(ge)業(ye)的(de)滲(shen)透(tou)率(lv)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)，每(mei)年(nian)全(quan)社(she)會(hui)對(dui)電(dian)能(neng)的(de)消(xiao)耗(hao)量(liang)都(dou)是(shi)一(yi)個(ge)天(tian)文(wen)數(shu)字(zi)。比(bi)如(ru)在(zai)中(zhong)國(guo)，根(gen)據(ju)國(guo)家(jia)能(neng)源(yuan)局(ju)發(fa)布(bu)的(de)數(shu)據(ju)，2022年全社會用電量86,372億千瓦時，同比增長3.6%；其中
，高速發展的新能源汽車在整車製造方麵
，用電量大幅增長71.1%。

圖1：全社會用電量統計

（圖源：貿澤電子）

各ge行xing業ye電dian氣qi化hua進jin程cheng逐zhu漸jian深shen入ru後hou，我wo們men也ye必bi須xu要yao考kao慮lv到dao一yi個ge嚴yan峻jun的de問wen題ti，那na就jiu是shi節jie能neng。當dang前qian
，任ren何he一yi種zhong用yong電dian設she備bei在zai設she計ji之zhi初chu，都dou會hui將jiang高gao能neng效xiao和he低di能neng耗hao作zuo為wei兩liang大da核he心xin性xing能neng
，變bian頻pin空kong調tiao、變頻冰箱等就是其中典型的例子。

要(yao)想(xiang)讓(rang)設(she)備(bei)不(bu)斷(duan)實(shi)現(xian)更(geng)好(hao)的(de)節(jie)能(neng)指(zhi)標(biao)，用(yong)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)取(qu)代(dai)傳(chuan)統(tong)開(kai)關(guan)是(shi)必(bi)要(yao)的(de)一(yi)步(bu)。可(ke)以(yi)說(shuo)
，功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)創(chuang)新(xin)的(de)方(fang)向(xiang)就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)打(da)造(zao)更(geng)節(jie)能(neng)的(de)社(she)會(hui)。在(zai)這(zhe)裏(li)，我(wo)們(men)將(jiang)重(zhong)點(dian)為(wei)大(da)家(jia)推(tui)薦(jian)幾(ji)款(kuan)貿(mao)澤(ze)電(dian)子(zi)官(guan)網(wang)在(zai)售(shou)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)
，讓(rang)大(da)家(jia)有(you)一(yi)個(ge)直(zhi)觀(guan)的(de)感(gan)受(shou)：功率器件能夠幫助大家成為節能達人。

降功耗、提密度是IGBT的優勢

功率器件是半導體行業裏麵的一個重要分支
，大量應用於消費電子、工業控製、交通能源

、電力電網和航空航天等領域。從具體的設備來看

，小到個人用手機和電腦的電源，大到電動汽車、高速列車

、電網的逆變器，基本都是以功率器件為核心設計實現的。

在功率器件普及之前，各行各業靠低效、笨重的開關來控製電能，功率器件可以通過切換電路來控製電流，從而取代開關。相較而言
，功率器件的優勢包括開關速度快
、開關損耗小、通態壓降小
、耐高溫高壓，以及功率密度高等。功率器件的典型性能優勢決定了，這些器件能夠從設備運轉、設備待機和設備體積等多方麵實現能耗的降低。

功率器件主要分為二極管、三極管、晶閘管、MOSFET和IGBT等。其中，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）是MOSFET（場效應晶體管）和BJT（Bipolar Junction Transistor，雙極晶體管）的結合體，因此既有MOSFET的優勢，也有BJT的優勢。綜合而言，IGBT的優勢包括高電流、高電壓、高效率、漏電流小、驅動電流小
、開關速度快等，被廣泛應用於電力控製係統中。

在低碳浪潮中，IGBT受到了熱捧，其不僅器件可靠性更高，並且相較於傳統的MOSFET、BJT，擁有更低的漏電流，因此器件損耗更低，在具體的使用過程中，借助IGBT隻需要一個小的控製信號就能夠控製很大的電流和電壓，在節能的同時也顯著提高了係統的效率。目前，IGBT器件依然在借助新工藝和新模塊方案來進一步降低係統的能耗。

接下來我們將為大家重點介紹一款IGBT智能功率模塊（IPM），來自製造商ROHM Semiconductor，貿澤電子官網上該器件的料號為BM63574S-VC。

圖2：BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模塊

（圖源：貿澤電子）

BM63574S-VC是整個BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模塊陣營中的其中一款，這些IGBT IPM產品由柵極驅動器、自舉二極管
、IGBT和再生用快速反向恢複二極管組成

，工作電壓為600V，可支持的集電極電流最高可至30A。

通過下圖可以看到，這些600V IGBT IPM具有三相DC/AC逆變器、低側IGBT柵極驅動器（LVIC）、高側IGBT門驅動等功能單元。其中，低側IGBT柵極驅動器除了承擔驅動電路的角色，還提供短路電流保護（SCP）
、控製電源欠壓鎖定（UVLO）、熱關斷（TSD）、模擬信號溫度輸出（VOT）等保護功能；高側IGBT門驅動器（HVIC）基於SOI（絕緣體上矽）工藝，除了本身的驅動電路，還提供高電壓電平轉換、自舉二極管的電流限製
、控製電源欠壓鎖定（UVLO）等功能。

圖3：BM6337x/BM6357x IGBT

智能功率模塊係統框圖

（圖源：ROHM Semiconductor）

可以說，BM6337x/BM6357x IGBT智能功率模塊除了發揮IGBT本身的優勢之外
，也進行了很多針對性的創新。比如
，在高側IGBT門驅動器上采用SOI工藝
，提高了開關頻率和功率密度，降低了係統功耗，並簡化了電路設計；高側IGBT門驅動器中內置自舉二極管
，可由自舉二極管供電，節省PCB麵積並減少元件數量
；另外
，高側和低側IGBT門驅動器均有欠壓鎖定功能，能夠防止IGBT模塊工作在低效或危險狀態。

圖4：BM6337x/BM6357x IGBT

智能功率模塊典型應用電路

（圖源：ROHM Semiconductor）

這些600V IBGT IPM非常適用於AC100至240Vrms（直流電壓：小於400V）類電機控製應用以及空調、洗衣機或冰箱用壓縮機或電機控製等其他應用。

SiC讓節能增效更進一步

從(cong)產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)來(lai)看(kan)，目(mu)前(qian)矽(gui)是(shi)製(zhi)造(zao)芯(xin)片(pian)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)原(yuan)材(cai)料(liao)，絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)的(de)器(qi)件(jian)都(dou)是(shi)基(ji)於(yu)矽(gui)材(cai)料(liao)製(zhi)造(zao)。不(bu)過(guo)
，由(you)於(yu)矽(gui)材(cai)料(liao)本(ben)身(shen)的(de)限(xian)製(zhi)，因(yin)此(ci)相(xiang)關(guan)器(qi)件(jian)在(zai)高(gao)頻(pin)和(he)高(gao)功(gong)率(lv)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)愈(yu)發(fa)乏(fa)力(li)

，以(yi)SiC（碳化矽）為代表的第三代半導體大功率電力電子器件則是一個很好的補充。

根據市場調研機構Yole的統計數據，2021年全球SiC功率器件市場規模為10.90億美元，預計2027年市場規模將達到62.97億美元。之所以能夠有如此快速的增長，離不開SiC功率器件的優良性能。SiC功率器件又被稱為“綠色能源器件”
，可顯著降低電子設備的能耗。

圖5：全球SiC功率器件市場規模

（圖源：Yole）

綜合而言，SiC功率器件有三大方麵的性能優勢。

#1 其一是材料本身，作為寬禁帶半導體材料的代表
，SiC具備良好的耐高溫性、耐高壓性和抗輻射性，顯著提升器件功率密度；

#2 其二是SiC功率器件擁有高擊穿電場強度特性，有助於提高器件的功率範圍，降低通電電阻，使其具備耐高壓性和低能耗性
；

#3 qisanshigaobaohedianzipiaoyisulvtexing
，yiweizhegengdidedianzu，deyixianzhujiangdinengliangsunshi，jianhuazhoubianbeidongqijian。yejiushishuo
，wulunshiqijianbenshen，haishijiyuSiC功率器件構建的電力係統，都會具備高能效、高功率密度的顯著優勢。

下麵我們就來為大家推薦一款具備上述優勢性能的SiC功率器件
，來自製造商ROHM Semiconductor
，貿澤電子官網上該器件的料號為SCT3060ARC14，屬於ROHM Semiconductor SiC 4引腳溝槽式MOSFET中的一款。

圖6：ROHM Semiconductor SiC 4引腳溝槽式MOSFET（圖源：貿澤電子）

ROHM Semiconductor SiC 4引腳溝槽式MOSFET原理上在開關過程中不會產生拖尾電流，可高速運行且開關損耗低。因此與傳統的矽解決方案相比，SiC MOSFET具有更低的導通電阻和更快的恢複速度。

這些SiC MOSFET采用TO-247-4Lfengzhuang，zheshiyizhonggaoxiaodefengzhuangfangshi，juyoudulidedianyuanhequdongqiyuanjiyinjiao
，tongguokaierwenyuanjiyinjiaojiangzhajiqudonghuiluyudianyuanduanzifenkai。yinci
，youyuyuandianliudeshangsheng，daotongguochengbuhuiyindianyaxiajiangerjianman，congerjinyibuxianzhujiangdidaotongsunhao。

圖7：ROHM Semiconductor SiC 4引腳溝槽式MOSFET引腳示意圖（圖源：ROHM Semiconductor）

這些SiC MOSFET提供650V和1200V兩種型號，是服務器電源、太陽能逆變器和電動汽車充電樁的理想選擇
，當然也可以將其應用於DC-DC轉換器
、開關電源和感應加熱等應用方向。

傳統功率器件的節能趨勢

上麵我們已經提到了，功率器件的種類非常豐富

，為了滿足行業對節能增效的需求，不隻是IGBT和SiC MOSFET這樣的熱門器件在不斷更新迭代
，傳統功率器件也在進行積極創新。

目前
，功率器件的創新點有很多。比如SiC和GaN（氮化镓）這些屬於材料級別的創新
；也有結構和工藝的創新，異質結構器件、複合型器件
、磁隔離型器件等都是較新的器件結構，製造工藝和封裝工藝也在不斷升級；當然

，還有智能化和可重構的趨勢

，讓功率器件的使用可以更加靈活。

接下來我們通過一顆具體的器件來看一下，該器件來自製造商Nexperia，貿澤電子官網上的料號為BC857BW-QX。

圖8：BC857BW-QX

（圖源：貿澤電子）

BC857BW-QX為一款PNP通用晶體管，其具有低電流和低電壓特性
，最大電流為100mA，最大電壓為65V
，可以幫助係統具備低功耗的優勢。

除了器件本身的特性，BC857BW-QX在封裝方式上采用SOT323表麵貼裝的方式，這是一種非常小的封裝方式，並且由過去數十年來一直使用的SOT23封裝發展而來，因此具備小型化和高可靠的優勢。所以，從器件本身來說
，BC857BW-QX是一顆小型化和低功耗的器件，也能夠在係統中發揮同樣的優勢


，幫助打造高功率密度的產品。

BC857BW-QX符合AEC-Q101車規級認證，適用於汽車應用中的開關和放大應用。

智能化和可重構是未來的大趨勢

上述內容我們主要通過功率器件的材料、結構
、封(feng)裝(zhuang)和(he)模(mo)塊(kuai)等(deng)方(fang)向(xiang)來(lai)闡(chan)述(shu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)低(di)功(gong)耗(hao)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)，這(zhe)樣(yang)的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)讓(rang)大(da)家(jia)在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)

，可(ke)以(yi)較(jiao)為(wei)從(cong)容(rong)地(di)應(ying)對(dui)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)苛(ke)的(de)高(gao)能(neng)效(xiao)要(yao)求(qiu)，成(cheng)為(wei)社(she)會(hui)應(ying)用(yong)創(chuang)新(xin)中(zhong)的(de)節(jie)能(neng)達(da)人(ren)。

麵向未來，除了從器件本身和應用電路方麵繼續突破以外，功率器件也必須要更重視和人工智能
、物聯網技術的結合，需要具有智能化和可重構的特點

，以適應智能化、自適應的電力電子應用。當具備這樣的優勢之後，功率器件將能夠賦能更多的終端領域，開啟節能

、高效、智能的新時代。

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