功率模塊在電力電子行業(yè)的關(guān)鍵角色與技術(shù)革新
在電力電子系統(tǒng)中，功率模塊是保障電能高效、穩(wěn)定轉(zhuǎn)換和精確控制的重要基礎(chǔ)元件。無(wú)論是對(duì)性能、穩(wěn)定性還是長(zhǎng)期可靠性有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景，功率模塊始終發(fā)揮著不可替代的作用。
目前主流的功率模塊多采用IGBT、MOSFET與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路一體化集成設(shè)計(jì)，這種方式顯著優(yōu)化了系統(tǒng)能效體驗(yàn)，有效減少了能源損耗。隨著第三代半導(dǎo)體材料——如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）——取得突破，相關(guān)集成模塊已在新能源汽車電驅(qū)、光伏逆變器和數(shù)據(jù)中心等高壓、大電流、高頻率應(yīng)用領(lǐng)域加速普及。針對(duì)AI數(shù)據(jù)中心持續(xù)擴(kuò)容、電動(dòng)車市場(chǎng)飛速發(fā)展，以及全球數(shù)字化和制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型所帶來(lái)的電力側(cè)需求，英飛凌近期也發(fā)布了EasyPACK? CoolGaN? 650V功率模塊，進(jìn)一步完善其氮化鎵功率器件系列布局。
功率模塊的行業(yè)價(jià)值與應(yīng)用前景
從市場(chǎng)布局來(lái)看，功率模塊被廣泛用于電源設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及新能源系統(tǒng)。根據(jù)功能細(xì)分，常見(jiàn)的產(chǎn)品類型包括整流模塊、逆變模塊和開(kāi)關(guān)模塊，它們各自服務(wù)于電能轉(zhuǎn)換鏈的不同環(huán)節(jié)，構(gòu)筑了現(xiàn)代電力電子設(shè)備的技術(shù)基石。
在輸入側(cè)，整流模塊實(shí)現(xiàn)交流電（AC）向直流電（DC）的轉(zhuǎn)換。依據(jù)半導(dǎo)體器件的單向?qū)щ娫?，可以區(qū)分為不可控型（如標(biāo)準(zhǔn)二極管橋），半控型（如晶閘管與二極管混用），以及全控型（利用IGBT或MOSFET實(shí)現(xiàn)全程調(diào)控）。
逆變模塊則將直流電再逆變?yōu)榻涣麟?。借助PWM調(diào)制等先進(jìn)控制方式，輸出多種頻率和幅值的交流信號(hào)，被廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、新能源并網(wǎng)等關(guān)鍵場(chǎng)合。值得注意的是，近期基于SiC的新一代逆變模塊已在新能源汽車領(lǐng)域加快對(duì)傳統(tǒng)IGBT方案的替代步伐。在新能源發(fā)電場(chǎng)景，逆變模塊也逐步配備電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)與虛擬同步機(jī)（VSG）等智能化功能，整體提升電網(wǎng)并網(wǎng)的可靠性。
開(kāi)關(guān)模塊主要實(shí)現(xiàn)能量的通斷與多級(jí)變換，是各類DC-DC轉(zhuǎn)換、變頻調(diào)速、負(fù)載切換裝置的核心。其高頻、高速開(kāi)關(guān)特性被廣泛應(yīng)用在電源適配器、變頻空調(diào)、新能源汽車OBC等領(lǐng)域。
根據(jù) Yole Intelligence 發(fā)布的 2024 年行業(yè)報(bào)告，全球功率模塊市場(chǎng)正以年均 12% 的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2029 年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 160 億美元。其中，電動(dòng)汽車成為最大增量市場(chǎng)。此外，報(bào)告還指出，智能功率模塊（IPMs）、基于寬禁帶（WBG）材料的新一代解決方案、及多樣化封裝技術(shù)，將成為未來(lái)市場(chǎng)演進(jìn)的主旋律。
英飛凌EasyPACK? CoolGaN? 產(chǎn)品解析
英飛凌本次推出的EasyPACK? CoolGaN? 650V功率模塊，內(nèi)置其最新一代CoolGaN? 650V G5晶體管，整體性能與品質(zhì)因數(shù)均有較大提升。這款晶體管采用8英寸工藝與增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)，擅長(zhǎng)高速開(kāi)關(guān)、能大幅提升系統(tǒng)能效和功率密度；其反向?qū)ㄌ匦詢?yōu)秀、換向能力強(qiáng)，并且完全沒(méi)有反向恢復(fù)電荷，保證模塊在頻繁切換中的可靠性與長(zhǎng)壽命。
據(jù)官方數(shù)據(jù)，新一代CoolGaN? 650V G5的能量損耗（Eoss）降低約50%，漏源電荷（Qoss）、柵極電荷（Qg）下降60%，因此在硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)場(chǎng)景都能展現(xiàn)明顯效率優(yōu)勢(shì)。相較傳統(tǒng)硅器件，功率損耗可減少兩成到六成。CoolGaN? 650V G5系列支持多種封裝形態(tài)，包括ThinPAK 5x6、DFN 8x8、TOLL和TOLT等，便于客戶按需選型。其輸出電阻（RDS(on)）也有豐富檔位，覆蓋主流應(yīng)用全段需求。
EasyPACK?系列自面市以來(lái)，累計(jì)銷量已超過(guò)七千萬(wàn)件，服務(wù)于工業(yè)和汽車的多元化專業(yè)市場(chǎng)。此次全新CoolGaN?技術(shù)融入EasyPACK?封裝，為大功率系統(tǒng)與高端應(yīng)用提供了更靈活的拓?fù)浜彤a(chǎn)品選項(xiàng)。英飛凌透露，單個(gè)EasyPACK? CoolGaN?模塊最高單相輸出可達(dá)70kW，特別適合擴(kuò)展性強(qiáng)、功率密度要求高的電力電子場(chǎng)景。模塊還結(jié)合了英飛凌.XT互連技術(shù)，在高性能基板上實(shí)現(xiàn)更低熱阻，大幅緩解系統(tǒng)冷卻壓力，顯著改善高溫高載下的運(yùn)行穩(wěn)定性。產(chǎn)品同樣支持定制開(kāi)發(fā)，方便工業(yè)、能源、數(shù)據(jù)中心等不同行業(yè)落地應(yīng)用。
根據(jù)英飛凌財(cái)報(bào)，2023年全球功率器件和功率模塊總市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)357億美元，英飛凌繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。EasyPACK? CoolGaN?系列的推出，有望進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)公司在高端模塊和GaN技術(shù)矩陣的競(jìng)爭(zhēng)力，鞏固其在全球功率電子賽道的話語(yǔ)權(quán)。
