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概述
调研大纲

功率半导体作为电子装置中电能转换与电路控制的核心,主要用于改变电子装置中电压和频率、实现直流交流转换等功能。其本质上是一种电力开关,能够在低阻状态下流过从几安培到几千安培的电流,并且能在毫秒甚至微秒时间内对高达数千伏高电压、数千安培的大电流进行控制。凭借半导体的单向导电性,功率半导体可实现电源开关和电力转换,具备支持高电压、大电流的特性,主要用途涵盖变频、整流、变压、功率放大、功率控制等领域。​

在现代电子系统中,功率半导体起着至关重要的作用。从日常生活中的家电设备,到工业生产中的大型设备,再到新能源领域的发电与储能系统,都离不开功率半导体。它不仅保障电路的正常运行,还能通过高效的电能转换,减少电能浪费,起到节能、省电的作用。在新能源汽车中,功率半导体用于电池管理系统和电机控制系统,直接影响着汽车的续航里程和动力性能;在光伏发电和风力发电系统中,功率半导体负责将不稳定的直流电转换为交流电,实现电能的有效输出和并网。​​

功率半导体的发展历程可追溯到 20 世纪 50 年代,1956 年美国通用电气公司开发出第一款晶闸管,标志着第一代功率半导体器件的诞生。早期的功率半导体以分立器件的形式出现,如功率二极管和三极管,随后晶闸管得到快速发展。这些早期器件体积大、效率低,工作频率一般低于 400Hz ,主要应用于一些对性能要求不高的简单电路中。​

随着技术的不断进步,20 世纪 70 年代,MOSFET 问世,80 年代基于 MOSFET 技术的 IGBT 成功研发,这两种器件逐渐成为功率半导体的主流产品。它们具有高频率、低损耗的特点,MOSFET 开关频率高,更适用于高频中高压领域;IGBT 耐压很高,更适用于高压中低频领域。此后,功率半导体的发展围绕着工艺和材料持续迭代升级,器件性能不断增强。​

进入 21 世纪,随着新能源、智能制造等新兴产业的快速发展,功率半导体的应用领域进一步拓展,市场规模呈现稳健增长态势。目前,全球功率半导体市场规模持续扩大,中国作为全球最大的功率半导体消费国,市场规模也在不断增长。根据研究报告数据显示,2022 年中国功率半导体市场规模约为 1368.86 亿元(191 亿美元),同比增长 4.4%,预计 2023 年中国功率半导体市场规模将进一步增长至 1519.36 亿元。​

在市场结构方面,目前功率半导体市场中占比最多的是功率 IC,以 54.3% 的占比成为功率半导体第一大细分市场,功率 IC 包括电源管理芯片、驱动芯片、AC/DC 转换器等;MOSFET、功率二极管、IGBT 占比分别为 16.4%、14.8%、12.4%。

“半导体”,顾名思义是指同时具有容易导电的“导体”和不导电的“绝缘体”两方面特性的物质。能够将交流电转为直流电——“整流”、增大电信号——“增幅”、导通或者阻断电——“开关”等。

功率半导体是能够支持高电压、大电流的半导体。具有不同于一般半导体的结构,在使用高电压、大电流时也不会损坏。另外,由于使用大功率容易发热产生高温,因而成为故障发生的原因。 因此,我们正努力减少功率半导体本身因发热而导致的功率损失,进而有效地将其产生的热量释放到外部。

功率半导体主要用于改变电压和频率;或将直流转换为交流,交流转换为直流等的电力转换.可精准的将发动机从低速到高速的循环运转;或用太阳能电池发电的电力毫不浪费的转送给电站; 或给各家电,电器等提供安定的电源.在这些情况下功率半导体作为不可缺少的主要角色而发挥着极大的作用。

近年来,随着人们节能化、省电化意识的不断提高,功率半导体因其能够极力减少电能浪费而需求量不断提高。

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