随着制造业的不断扩大，中国正在从制造大国向制造强国发展，作为智能制造和工业自动化的关键部件——变频器和伺服驱动器市场的需求将不断的扩大，未来几年的前景将非常好。然而，电力电子器件研发遇到的最大挑战是功耗和结温，全球IGBT企业都在通过各种各样的方式来解决这些问题，从而降低模块封装尺寸和成本，甚至碳化硅技术也已经在工业自动化领域崭露头角。英飞凌、三菱电机和赛米控是该领域排名前五的企业，它们有哪些最新的技术解决方案呢?

3月12日在广州SIAF2019展举办的PCIMAsia“应用于工业驱动的电气解决方案”应用论坛上，大比特资讯《半导体器件应用》记者采访了三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升先生、赛米控电子(珠海)有限公司应用经理邱建文先生以及英飞凌科技(中国)有限公司市场部经理张明丹。

邱建文(左)、张明丹(中)、宋高升(右)

 工业4.0中国企业在发力

在能源效率领域，变频器是当之无愧的能效提升利器。得益于部件质量的提升和小型化，为系统增加变频器是一个相对简单的选择。现在，先进变频器的效率可以保持在98%，是整个能源转换链条中最有效的环节。事实上，为系统增加变频器，通过改变电机的转速，不仅能降低能源消耗，使用恰当时还可以提高功率系数，降低维护成本，提高产量，提升最终用户的产品质量。

而伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及工业自动化的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。而伺服驱动器(servodrives)作为工业自动化的重要一环，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，进而可以控制机器人，从而实现工业自动化。

随着功率器件等技术的进步，变频器和伺服驱动器的市场越来越大，几乎已经用到所有需要电气传动调速的场合。

据调研机构IHS于2016年公布的报告，英飞凌(Infineon)以独占全球24.5%的份额高居榜首，日本三菱电机(Mitsubishi)则以24.4%的全球份额位列第二。而赛米控在全球二极管和晶闸管半导体模块市场占有25%的份额。

英飞凌科技(中国)有限公司市场部经理张明丹女士认为，工业4.0现在带来的是整个电力传动系统升级换代的迅速化发展。这两年，40%是变频器海外企业、30%是中国本土企业的局面正在一一被打破，更多的国产厂家进入到这一领域。

在伺服驱动器领域，张明丹表示，80%以上的中国份额可能都由日系伺服厂家主导，这是因为由于他们对整个控制系统和驱动系统的精度要求会不一样，但在这个领域我们看到一些对中国市场来讲非常蓬勃的领域，例如5G通信，因为5G整个系统的更新换代会给伺服系统带来大量的新设备的引入，而且由于技术要求并没有汽车那么高，并且它的整个市存量起量是非常快的，整个更新迭代的速度也是非常快的，这一部分将是中国伺服企业的天下。

赛米控电子(珠海)有限公司应用经理邱建文先生表示，赛米控未来的一系列产品设计将不再做通用型平台，而是会更加有针对性的结合不同的应用需求去做性能改善;另一方面，还会给客户提供更大量的、非常丰富的技术团队单位到现场帮助客户解决所有需要迅速反应的应用问题。另外，整个伺服的发展需要小型化、紧凑化，同时从研发方向来看，赛米控也会通过强大的应用支持团队为客户做到低成本、紧凑化，让客户更快地去享受到整个市场的发展。而为了应对未来，赛米控的MiniSKiiP的生产能力将从2019年第一季度开始扩大50%。

三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升先生告诉大比特记者，虽然中国制造2025这个概念现在提得很少了，但三菱电机高度关注中国的制造业的升级战略，“机器人伺服驱动是我们的用武之地，因为我们拥有可靠性极高的双列直插型智能功率模块——DIPIPMTM。”

据介绍，三菱电机的DIPIPMTM最早为变频家电应用开发，后来被广泛应用于工业变频、伺服驱动和汽车空调等领域。三菱电机正在努力把DIPIPMTM做得更小，有一种表面贴装型IPM可以满足几十瓦的变频驱动;也努力把它做得更大，有一种DIPIPM+可以覆盖几十千瓦的变频驱动。

 第七代IGBT功耗已不再是问题

在工业变频器和伺服驱动器领域，IGBT等功率器件研发遇到的最大挑战是功耗和结温，三菱电机和英飞凌在这方面处于行业领先地位，他们都推出了第七代IGBT产品来满足客户需求。

据宋高升介绍，在工业和新能源应用领域，三菱电机采用一体化封装技术开发了第7代IGBT模块。该产品在通用变频器，高压变频器，风力发电等领域的应用市场广阔，低杂散电感符合未来大功率变流器的封装设计;采用第7代功率芯片组和SLC技术，提高性价比;此外，该产品降低开关损耗，有利于提高开关频率;并且去除底板焊接层，提高热循环寿命。

而据张明丹介绍，英飞凌科技推出新款1200VTRENCHSTOPIGBT7与射极控制EC7二极体。新款IGBT具备更高的功率密度，可降低系统成本及缩小系统尺寸。此功率模组采用业界知名的Easy外壳封装，符合工业马达应用的需求。

另外，TRENCHSTOPIGBT7晶片采用最新的微图沟槽技术，其静态损耗远低於IGBT4，导通电压亦降低20%。这项技术可大幅降低应用的损耗，特别是工业马达之应用，因为这类应用通常以中度切换频率运作。此功率模组的最大允许过载接面温度可达175。C，并具有较弹性的切换及更高可控制性等特点。

以往，由于散热问题，伺服驱动和变频器设计都需要巨大的散热器，由于IGBT和IPM模块节温问题得到解决，散热器的尺寸也得到了缩减，从降低整体系统尺寸和成本。而在这方面，赛米控还有更为创新的解决方案。

据邱建文介绍，随着最新一代IGBT芯片的推出，赛米控的MiniSKiiP再次成为低功率和中等功率电机驱动器在功率密度和性能上的新标准。MiniSKiiPDualSplitMLI提供最强大的基于无基板模块的组串型逆变器设计，可用于1500VDC母线电压，输出功率高达180kW。在针对1000VDC母线电压所优化的第二个版本中，同样的设计将中等功率独立模块化UPS的功率密度提升至150kW。

 碳化硅将风靡工业领域

一直以来，SiC在光伏、UPS/SMPS和电动汽车充电等应用领域获得不错的表现。但受成本和技术的限制，目前SiC器件还不能工业等领域渗透。

对此，宋高升认为：“目前三菱电机SiC模块的价格还是蛮高的，主要是因为我们侧重于发展大功率的SiC模块，不是小功率的SiC分立器件，其芯片成本、封装成本都还比较高。三菱电机的SiC功率模块已经在社内的变频空调、伺服驱动器、光伏逆变器和牵引变流器中得到量产应用，并积累了许多经验。国内已有不少企业也开始陆续采用SiC功率模块进行性能评估和项目预研。在我们看来，根据实际应用需求，SiC功率模块会率先在那些安装空间特别受限且需要高温运行的功率变换器得到深度应用，目前被看好的有电动汽车、轨道牵引变流器和固态变压器等领域。但无论如何，大功率SiC功率模块在国内获得大批量应用，至少还要等上几年的时间。”

张明丹则认为，大家在比较成本的时候，最常用的方法就是器件和器件比，其实从碳化硅的产品来讲，如果同样的电流等级，它跟IGBT的价差当然存在，但是要看它的细分领域，比如说在光伏逆变器的行业，大家对效率、整体尺寸的要求很高，碳化硅方案带来的高频化则可以减少电抗器、缩小散热器体积，综合考虑的话，它的系统成本未必会比硅的方案贵很多。

同时，现在已经研制出变频器和电动机的一体化组合机，张明丹认为这将是碳化硅发光发热地方。“在机器人的手臂上，我们看到更多的人想把电机伺服驱动器和伺服电机集成在一起，这个时候对于器件的开关频率、体积、散热器尺寸的考验都是非常严格的，在我个人看来，碳化硅器件未来将在这些电机驱动细分领域大展拳脚。”