功率器件

功率器件的基础知识

概念：

功率半导体器件，以前也被称为电力电子器件，简单来说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。典型的功率处理，包括变频、变压、变流、功率管理等等。

种类;

根据开关特性不同，可分为：

半控型器件：通过门极信号只能控制其导通而不能控制其关断的器件，如SCR；

全控型器件：通过门极信号既能控制其导通又能控制其关断的器件，如BJT、IGBT、GTO、IGCT。

根据控制极（包括门极、栅极或基极）信号的不同性质，可分为：电流控制型器件：一般通过从控制极注入或抽出控制电流的方式来实现对导通或关断的控制，如SCR；

电压控制型器件：利用场控原理控制的电力电子器件，其导通或关断是由控制极上的电压信号控制的，控制极电流极小，如IGBT。

根据半导体器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可分为：

单极型器件：由一种载流子参与导电的器件，如MOSFET；单极型器件只有一种载流子（多数载流子）参与导电，是电压控制型器件，具有控制功率小、驱动电路相对简单、工作频率高、无二次击穿问题、安全工作区宽等显著特点，其缺点是通态压降大、导通损耗大。

双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件，如BJT；双极型器件中两种载流子都参与导电，具有通态压降小、导通损耗小的显著特点，多数属于电流控制型，其缺点是控制功率大、驱动电路较复杂、工作频率较低、有二次击穿问题等。

混合型器件：由单极型和双极型两种器件组成的复合器件，如IGBT。混合型器件又称复合型器件，综合了单极型和双极型各自的优点，利用双极型器件作为它的输出级，而利用单极性器件作为它的输入级

特性：

功率半导体器件是电力电子电路的重要组成部分，一个理想的功率半导体器件应该具有好的静态和动态特性，在截止状态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时，能流过大电流和很低的管压降；在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。同时能承受高的 di/dt 和 du/dt 以及具有全控功能。应用市场：

功率器件包括功率IC和功率分立器件，功率分立器件则主要包括功率MOSFET、大功率晶体管和IGBT等半导体器件，功率器件几乎用于所有的电子制造业，所应用的产品包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设；网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备；消费电子领域的传统黑白家电和各种数码产品；工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等。除了保证这些设备的正常运行以外，功率器件还能起到有效的节能作用。由于电子产品的需求以及能效要求的不断提高，中国功率器件市

场一直保持较快的发展速度。

从功率器件的产品结构来看，功率IC和MOSFET的市场份额较大，分别占有40.4%和26.0%的市场份额，是中国功率半导体市场上最重要的两个产品，此外，大功率晶体管、达林顿管、IGBT和晶闸管也占有一定的市场份额。

几乎所有的电子产品都会用到功率IC，近年来，随着整机产量的增加，功率IC市场的发展也十分迅速。

功率MOSFET的应用也十分广泛，其中20V产品主要用于手机、数码相机，30V产品主要用于计算机主板、显卡，40V产品主要用于机顶盒和电动自行车，60V产品主要用于UPS、汽车雨刷、汽车音响、马达控制，80V以上产品主要用于LCD TV、LCD显示器和其他仪器仪表等，而150V-400V的产品主要用于照明、CRT电视、CRT显示器、背投电视、电热水器和洗衣机等，400V-800V产品主要用于发动机启动器、车灯控制、电机控制，嵌入式电源和电源适配器等，800V-1000V的产品主要用于风力发电、电焊机和中低压变频器等、1000V以上产品主要用于高压变频器、发电和变电设备等。由于手机、数码相机、计算机主板、显卡、LCD显示器等产品产量庞大导致电压在20V-100V之间的MOSFET用量最大。

IGBT虽然份额较小，但发展快速，从IGBT耐压范围上看，电压在600V-1200V之间的IGBT用量最大，目前在电磁炉、电源、变频家电等产品中使用的IGBT耐压一般都是600V和1200V。低于600V 的IGBT产品主要使用在数码相机闪光灯和汽车点火器上。电压大于

1200V的IGBT主要以1700V IGBT为主，该产品在高压变频器等工业产品上广泛使用。

其它功率器件产品仍将保持较快的发展速度，但由于应用领域相对狭窄，多用于工业控制领域，因此未来的市场份额可能会缓慢减少。未来发展方向：

功率器件主要分为功率分立器件以及电源管理IC两大类产品。从市场份额来看，电源管理IC大概占40%，而功率分立器件则占60%，二者广泛应用于各种各样的电子产品之中。

电源管理芯片方面，经历了多年的快速发展之后，由于产品库存调整、用量增长率放缓以及产品价格下降等诸多因素的影响，市场发展在2007年有所放缓，预计2007年中国电源管理芯片的市场增长率将下降到15%左右，近些年来，增长率首次跌落到20%以下，然而由于2007年的市场基数处于一个较低的水平以及未来应用还将稳定增加，因此中国电源管理芯片市场有望在2008年重新回到20%的增长水平。

从电源管理芯片的产品类型来看，应用最多的两类产品依然是LDO和DC-DC产品，但这两类产品在2007年同时受到价格下降以及用量增速放缓的影响，在电源管理芯片中的市场份额稍有下降。同时，得益于手机等便携产品应用增加的推动，2007年PMU和电池管理等产品的市场增长率相对较高，而且未来PMU、电池管理以及热拔插等产品的市场份额将会有所提高。

电源管理芯片主要应用于计算机、网络通信、消费电子和工业控制等领域，此外，汽车电子领域虽然所占市场份额较小，但却是发展最快的领域。从未来的发展来看，汽车电子领域仍将是发展最快的领域，其市场份额在未来几年将快速提高，此外，网络通信也将在3G 等应用的带动下保持快速的发展，其市场份额也将稳步提高，消费电子、计算机和工业控制领域的发展则会相对稳定。

技术方面，更高的集成度、更高的功率密度、更强的耐压、耐流能力以及更高的能效等方面一直是电源管理芯片的发展方向，技术的不断更新和发展也将是推动电源管理芯片市场发展的主要因素之一。

从竞争格局来看，电源管理芯片无论在市场还是技术，欧美厂商都占据绝对优势，尤其是美国厂商，虽然ST、NXP和Infineon三家欧洲大厂也有很强的竞争力，但是电源管理芯片只是它们众多产品线中的一个而已，而美国厂商则拥有NS、TI、Fairchild、OnSemiconductor、IR和Maxim等众多厂商，而且多为专注与电源管理领域的厂商。电源管理芯片市场上欧美强势的格局已经持续很多年，而且从目前来看，这种格局在未来几年还将继续。虽然欧美厂商在技术和市场上都保持优势，但并不代表中国以及其它地区的新进入者没有机会，目前中低端电源管理芯片的技术门槛对众多有能力的设计公司来讲已经不是问题，在中国就有圣邦微电子、长运通、龙鼎、明微和华润矽威等一批从事电源管理芯片研发的企业，虽然产品基本限定在LDO、DC-DC和LED驱动等产品中，但毕竟已经在市场取得一定成功、客观的说，目前这些新进入者无法对欧美厂商形成太大