英领物联 | 功率半导体，推动转换能量的“肌肉男”

前文提要

在英领物联系列文章之三——《英飞凌微控制器，驱动物联网的关键“大脑”》一文中，我们介绍了英飞凌微控制器就是物联网的大脑，负责各种“神机妙算”。

今天，我们继“计算”之后、进入“执行”这一环节，看看英飞凌功率半导体为何是驱动和转换能量的“肌肉男”。

英飞凌覆盖物联网的五个关键环节：感知、计算、执行、连接、安全

作为电能/功率处理的核心器件，功率半导体器件主要用于电力设备的电能变换和控制，典型的功能是在接收到微控制器的计算结果和指令后，进行变频、变压、变流、功率放大和功率管理，对设备正常运行起到关键作用。与此同时，功率半导体器件还具有绿色节能功能，在传统工业制造、通信产业、新能源、电动和燃油车、智能电网等等领域都有广泛的应用。

英飞凌功率半导体,硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)一个都不能少

在物联网系统中，根据微控制器的“决策”，执行机构，也就是功率半导体，将控制信号转化为行动——它们通常是机械动作，也可能是光和热。这些行动将由功率半导体来执行。英飞凌是业界领先的功率半导体单管和模块供应商，能提供优化电力生产、传输、储存和使用的技术。英飞凌也是目前市场上少数几家能够全面提供硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率半导体的公司之一，能提供从毫瓦级到兆瓦级的具备卓越能效的解决方案。

在功率半导体器件中，IGBT是这一领域第三次技术革命的代表性产品，而英飞凌是全球排名第一的 IGBT 供应商。IGBT模块是电力电子行业的“CPU”，在讲求高效率和节能的今天，作为能源转换和传输的核心器件，IGBT 广泛应用于家电、汽车、动车及高铁等交通工具、工业发电、太阳能和风能等再生能源的转换等。

IGBT不断升级换代

例如在新能源汽车领域，IGBT是一种技术含量高，设计制造难度大的零部件。为了提升续航里程，电动汽车车载电池越来越多，车身重量也不断增加，为了避免小马拉大车造成的动力不足，这就需要更高功率和可靠性的 IGBT 来做稳定有力的驱动。

在去年举办的深圳国际电子展暨嵌入式系统展（ELEXCON 2021）上，英飞凌展出了一款中型纯电动轿跑，它配备的主逆变系统就采用了英飞凌750V HybridPACK™ Drive FS950R08A6P2B作为核心功率半导体器件，最高输出功率可达200kW，为这款电动轿跑汽车提供了澎湃的动力输出。但凡坐进它的驾驶位，恐怕人人都有按捺不住想当“车神”的冲动。

一张表看懂IGBT的前世今生

看到这儿，你大概会觉得IGBT已经很强了吧？但且慢下结论，没有最强，只有更强！英飞凌正通过碳化硅和氮化镓技术，让功率半导体变得更强！

碳化硅+氮化镓让功率半导体变得更强大

英飞凌科技还推出了一款采用CoolSiC™ MOSFET技术的全新车规功率模块——HybridPACK™ Drive CoolSiC™。作为一款具有1200 V阻断电压、且适用于电动汽车牵引逆变器的全桥模块，该产品采用汽车级CoolSiC沟槽栅MOSFET技术，适用于高功率密度和高性能的应用场景。它将提高逆变器的效率，实现更高的续航里程并降低电池成本，特别适用于800V电池系统及更高电池容量的电动汽车。

英飞凌将第三代半导体材料碳化硅技术应用到主逆变器，在基于800伏的系统下，可实现 7%以上的续航里程的提升，已经得到了主车厂的认可。目前国内外超过20多家整车厂及Tier 1供应商正在使用及评估英飞凌的SiC产品。而且，HybridPack™ Drive CoolSiC™已经在亚洲一家主要电动车厂家的逆变器系统中量产。

在工业领域的用电环节，英飞凌推出了以硅为材料的新一代IGBT器件IGBT7，其专为变频工业驱动而设计，尤其适用于通常以中等开关频率工作的工业电机驱动应用。它不仅能够满足能效要求，而且可以降低系统成本。举例来讲，全球只要有一半的工业驱动拥有电动调速技术，就可以节省多达 20% 的能源，或减少 1700 万吨二氧化碳排放。

英飞凌在功率半导体领域的另一大“杀器”是氮化镓（GaN），这种材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，也是第三代半导体材料的一种。与硅材料相比，氮化镓具有多种基础优势特性，它具有高临界电场，尤其适用于功率半导体器件，同时相较于硅MOSFET，氮化镓器件具备出色的动态特征导通电阻且电容更低，这些特性让 GaN HEMT 成为高速开关应用的理想之选。

英飞凌CoolGaN™ IPS 产品

氮化镓器件不仅可降低耗电和总系统成本，还能提高工作频率、功率密度以及系统整体效率，正日益受到充电器市场和厂商的重视。自2018年起，英飞凌的氮化镓开关管的产品就已实现量产，在通讯和服务器领域持续、稳定地为客户提供电源支持。

大功率、高功率密度、通用性（如Type-C）以及合适的成本是未来充电器市场的主要发展方向，也是英飞凌作为半导体解决方案供应商所致力于切入和配合的市场需求。英飞凌推出的65W 氮化镓（GaN） USB-PD 充电器也具备单位功率密度更高的特点，可以实现大功率电源的小型化和轻薄化。通过在超小的体积上实现大功率输出，这将有助于改变行业设计制造方案和消费者的使用习惯。

读完这篇文章，是不是有些烧脑？其实你只需要记住这句话：

功率半导体是驱动和转换能量的“肌肉男”，没有它，设备都无法正常运转；没有它，节能环保也是一种奢望。它本身也处于不断进化之中，从硅（Si）到碳化硅到氮化镓，材料的升级换代让它越来越强！

下一期，我们将深入物联网的“互联”层面，认识一下英飞凌的产品与方案如何涵盖几乎所有的连接场景，真正实现无处不在、无时不有的网络连接。