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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）電源系統(tǒng)是絕大多數(shù)電子設(shè)備的能量來(lái)源，自開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換出現(xiàn)起，效率就是電源技術(shù)的驅(qū)動(dòng)力。開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)使得打破線性電源的確定性效率成為可能。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)提高效率的需求進(jìn)一步提升，使效率成為電源系統(tǒng)最重要的屬性。

功率模塊這種電力電子設(shè)備，可以將電源提供的電能轉(zhuǎn)換成更可靠、更高效的輸出，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、軍事和電力領(lǐng)域，能夠滿足多種電子設(shè)備的能源需求。功率模塊和電源系統(tǒng)息息相關(guān)，更高效的功率模塊才能讓功率損耗更少，電源效能才能越高。

光伏儲(chǔ)能需求旺盛，功率模塊持續(xù)火熱

光伏作為世界能源結(jié)構(gòu)脫碳主力，在過(guò)去的二十年里，這個(gè)行業(yè)的增長(zhǎng)呈指數(shù)級(jí)躍升，相關(guān)儲(chǔ)能技術(shù)也在產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下不斷在革新。以國(guó)內(nèi)為例，根據(jù)中國(guó)電力網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2021年三季度，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)量達(dá)275GW，同比增長(zhǎng)25%?！笆奈濉币?guī)劃中明確指出，到2025年我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)量有望突破400GW大關(guān)。

得益于光伏儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中構(gòu)建成本將近兩成的光伏逆變器也迎來(lái)了發(fā)展的新契機(jī)。逆變器是光伏儲(chǔ)能領(lǐng)域的核心，它將光伏電池板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后再傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，是光伏系統(tǒng)的重中之重。而在逆變器中，功率模塊又是逆變器的核心，任何逆變器沒(méi)有功率模塊都無(wú)法工作，而且其性能和所使用的功率模塊直接相關(guān)，功率模塊越高效，整個(gè)光伏系統(tǒng)的功率損耗就越少。

目前光伏逆變器主要分為集中式、組串式和微逆。微逆現(xiàn)在異常火爆滲透率正逐年上升，組串式則在朝著增加單臺(tái)功率但是不增加尺寸和重量的方向發(fā)展，集中式逆變器也在向更高電壓等級(jí)發(fā)展，比如1500V逆變系統(tǒng)的應(yīng)用，繼續(xù)發(fā)揮其大功率優(yōu)勢(shì)。

功率模塊在其中發(fā)揮著重要作用，提高逆變器的效率和可靠性，降低系統(tǒng)成本和體積，同時(shí)還能提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和抗干擾能力。用于光伏儲(chǔ)能功率模塊實(shí)現(xiàn)逆變功能的主要電子元器件是IGBT等功率器件。目前IGBT仍然是最主流的選擇，根據(jù)ICV統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2022年全球及中國(guó)光伏逆變器領(lǐng)域IGBT市場(chǎng)需求為4.59億美元和1.7億美元。2022年全球及中國(guó)儲(chǔ)能逆變器領(lǐng)域IGBT的市場(chǎng)需求為2.9億美元和0.51億美元。

碳化硅功率模塊則是光伏儲(chǔ)能逆變器產(chǎn)業(yè)升級(jí)的另一推動(dòng)力，光伏產(chǎn)業(yè)高功率大密度的發(fā)展趨勢(shì)非常明顯，傳統(tǒng)光伏逆變器硅基器件逐漸無(wú)法滿足效率和發(fā)熱方面的需求，因此各方面性能更優(yōu)越的碳化硅器件脫穎而出，高度契合光伏儲(chǔ)能逆變器的高功率大密度小型化的演進(jìn)方向。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，碳化硅功率模塊可以讓光伏儲(chǔ)能逆變器擁有更大的功率，更高的效率，更小的體積和更低的成本。尤其是光伏儲(chǔ)能中用于降低整個(gè)系統(tǒng)的損耗水平的分布式控制應(yīng)用得越來(lái)越多，這種設(shè)計(jì)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上面來(lái)講也更適合碳化硅模塊。

光伏儲(chǔ)能領(lǐng)域作為新能源的重要分支，其強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)能力，龐大的市場(chǎng)需求帶動(dòng)了功率模塊的快速發(fā)展。

新能源汽車東風(fēng)，功率模塊大展身手

新能源汽車領(lǐng)域功率模塊的重要性無(wú)需多言，新增的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、DCDC模塊、OBC、高壓輔助驅(qū)動(dòng)等功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)大大帶動(dòng)了功率模塊的需求量，高可靠高性能的功率模塊可以提高整個(gè)車輛的能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。

最典型的就是在新能源汽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)中，由于電池提供的是DC直流電，而牽引電機(jī)只接收AC交流電，牽引AC/DC逆變器的效率就成為了提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)能源效率的關(guān)鍵，能效的提高可以減少千瓦損耗，從而使車輛有更多可利用的能量保證續(xù)航。

現(xiàn)階段大部分車型上在主驅(qū)逆變器上采用的是基于硅基IGBT功率模塊，除了主驅(qū)，IGBT在OBC、DCDC變換、加熱器、壓縮機(jī)等設(shè)備中IGBT功率模塊也有著大量應(yīng)用。根據(jù)ICV統(tǒng)計(jì)，2022年全球新能源汽車領(lǐng)域IGBT的市場(chǎng)規(guī)模為24.03億美元。

同樣以主驅(qū)為例，目前400V架構(gòu)下?tīng)恳孀兤鞴杌鵌GBT功率模塊的最大承壓為650V，為了在不影響功率水平的情況下延長(zhǎng)駕駛里程，牽引電機(jī)需要以更高的速度運(yùn)行（>30,000 rpm），這意味著需要更高效的直流到交流電壓的轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，牽引逆變器的設(shè)計(jì)開(kāi)始在功率級(jí)模塊上使用碳化硅以及向800V系統(tǒng)轉(zhuǎn)變以獲得更高的功率密度。

推動(dòng)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)更高的性能，高壓功率模塊向碳化硅的轉(zhuǎn)變絕對(duì)是最大且最重要的一步。碳化硅比IGBT更高效，能夠進(jìn)一步提高電池包儲(chǔ)存能量的利用率，此外，碳化硅比IGBT更小，運(yùn)行溫度更低，進(jìn)一步減輕了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量、縮小了機(jī)械尺寸還能減少能源損耗。

目前碳化硅功率模塊在新能源汽車上的應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，2022年其全球市場(chǎng)規(guī)模為9.48億美元。未來(lái)幾年，碳化硅功率模塊的滲透會(huì)加速，ICV給出的預(yù)測(cè)是到2026年全球車用碳化硅規(guī)模將達(dá)到42.08億美元。在新能源汽車的東風(fēng)下，功率模塊大展身手迅速成為炙手可熱的器件，功率模塊技術(shù)的革新也同樣給新能源汽車的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。

功率模塊產(chǎn)業(yè)：頭部穩(wěn)固，國(guó)內(nèi)廠商加速放量

根據(jù)Omdia統(tǒng)計(jì)，2021年全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為583.83億美元，其中功率模塊市場(chǎng)規(guī)模為74.52億美元。

目前在光伏儲(chǔ)能和汽車兩個(gè)功率模塊熱門(mén)領(lǐng)域，海外頭部廠商仍然是供貨主體，英飛凌、安森美、ST穩(wěn)居全球功率模塊銷售前列位置，日系廠商如三菱、羅姆等也在功率模塊實(shí)力強(qiáng)勁。

國(guó)內(nèi)作為最大的功率模塊消費(fèi)市場(chǎng)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)內(nèi)廠商的布局也在進(jìn)一步完善和拓展。以安世半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)、中車時(shí)代電氣、士蘭微、三安光電、揚(yáng)杰科技等為代表的功率半導(dǎo)體企業(yè)，在技術(shù)沉淀、車規(guī)認(rèn)證、制造工藝等各個(gè)環(huán)節(jié)都已經(jīng)積累了相當(dāng)雄厚的實(shí)力。不少國(guó)內(nèi)廠商在光伏儲(chǔ)能和汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域均有布局，效果還很不錯(cuò)，已經(jīng)處于放量前期。

小結(jié)

從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，功率模塊在光伏、儲(chǔ)能、汽車領(lǐng)域的景氣度非常高，在晶圓廠對(duì)功率芯片產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)相對(duì)較慢的背景下，功率模塊的供應(yīng)還是很緊張的，這種供應(yīng)緊張狀況有望持續(xù)至明年，特別是大功率模塊。

隨著光伏儲(chǔ)能、汽車電子兩大領(lǐng)域能量利用需求的不斷升級(jí)，功率模塊仍將在這兩個(gè)領(lǐng)域加速發(fā)展。

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