日本節(jié)能技術(shù)戰(zhàn)略中新型電力電子器件的發(fā)展規(guī)劃

分類：解決方案日期：2009-06-10 09:29:17 來源：廠商

1 引言

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2008年4月發(fā)布的《節(jié)能技術(shù)戰(zhàn)略》中，提出了以下五項(xiàng)節(jié)能技術(shù)：

（1）超級(jí)燃燒系統(tǒng)技術(shù)——提高燃燒效率；

（2）超越時(shí)空能量利用技術(shù)——儲(chǔ)能；

（3）信息化社會(huì)生活領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)；

（4）先進(jìn)交通運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)；

（5）采用電力電子節(jié)能技術(shù)。

其中，將電力電子技術(shù)列為五個(gè)重要節(jié)能技術(shù)之一，亦即確認(rèn)電力電子技術(shù)在節(jié)能技術(shù)戰(zhàn)略中的重要地位。該技術(shù)是可提高眾多機(jī)電設(shè)備的能源利用效率來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的。

2 新型電力電子器件及其應(yīng)用裝置的發(fā)展規(guī)劃

當(dāng)前以硅為核心器件節(jié)能技術(shù)外，SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）等新型電力電子器件和裝置有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，這將為今后發(fā)展帶來創(chuàng)新型技術(shù)突破。與Si相比，SiC和GaN器件可降低損耗。根據(jù)結(jié)晶生長(zhǎng)的難易。成本高低以及熱導(dǎo)率的不同，其適用領(lǐng)域有所不同。GaN適用于高頻中等耐壓領(lǐng)域，而SiC則適用于高壓大電流領(lǐng)域。

（1）據(jù)報(bào)道，采用SiC器件的各種電能變換裝置，在混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車等交通運(yùn)輸行業(yè)，可提高效率約2-10％（隨負(fù)荷狀態(tài)而變化），在計(jì)算機(jī)電源中，可提高效率4-5％，在水泵、風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，可望提高效率約2％，在電力領(lǐng)域，可明顯降低電力損耗。

SiC功率器件是最近幾年才有突破性進(jìn)展的，在器件制造技術(shù)方面，仍要提高，諸如外延層的穩(wěn)定生長(zhǎng)，大口徑、高品質(zhì)晶片的低成本化。其次，還要確立制造高效器件工藝技術(shù)，解決更高運(yùn)作溫度的封裝，軟開關(guān)及高頻對(duì)策等外圍技術(shù)問題。

（2）關(guān)于GaN，期望它比SiC具有更高工作頻率的功率器件，能面向通信、電力變換、航空、宇航等應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）寶石器件又被稱作較理想的器件，美國(guó)，日本都在進(jìn)行研究開發(fā)。
在器件制造方面，日本提出三個(gè)指標(biāo)：①晶片的大口徑化；②晶片的低缺陷化，即要減小位錯(cuò)密度；②降低導(dǎo)通阻抗，提高耐壓性。

規(guī)劃的指標(biāo)和進(jìn)度見圖表1。

（4）應(yīng)用裝置

·為了擴(kuò)大電力電子技術(shù)應(yīng)用，日本確定電力變換裝置高功率密度化，具體目標(biāo)是：

2010年10W/CC,2017年50W/CC,2025年100W/CC。

·高效率逆變器：日本安川電機(jī)已開發(fā)了SiC逆變器，今后開發(fā)的目標(biāo)是：①超低損耗的SiC開關(guān)元件（常關(guān)斷型M0SFET）；②提高逆變器設(shè)計(jì)技術(shù)。

3 新型電力電子器件將擴(kuò)大應(yīng)用的領(lǐng)域

日、美、歐在技術(shù)開發(fā)上競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。在襯底晶片市場(chǎng)供應(yīng)上，一些企業(yè)有壟斷地位，而日本在工藝、器件、封裝技術(shù)上，處于領(lǐng)先水平。為了在電力電子技術(shù)上獲得國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，日本計(jì)劃發(fā)揮本國(guó)優(yōu)勢(shì)，以企業(yè)集團(tuán)方式投入資金，設(shè)備和人力，與有關(guān)方面結(jié)成網(wǎng)絡(luò)化，有效地推進(jìn)技術(shù)開發(fā)。結(jié)合技術(shù)開發(fā)，推進(jìn)面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的成果推廣與普及。

（1）根據(jù)日本《節(jié)能技術(shù)戰(zhàn)略2008》規(guī)劃，電力電子器件及其應(yīng)用裝置的主要推廣應(yīng)用領(lǐng)域如下：

·SiC器件：當(dāng)前應(yīng)用于大電力設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、分布式電源、家電、信息設(shè)備、IGBT降低損耗、用于高速鐵路牽引電源系統(tǒng)。

·SiC和GaN器件：從2012-2015年開始逐步在以下領(lǐng)域普及應(yīng)用：

①SiC功率器件/逆變器：

家電、分布式電源、工業(yè)設(shè)備、汽車與混合動(dòng)力車（HEV）、電動(dòng)車（EV）、開關(guān)元件、電氣機(jī)車、配電低壓電器、信息設(shè)備（整流元件）。

②GaN功率器件/逆變器

家電、分布式電源、無線電地面站（開關(guān)元件）、車載雷達(dá)等以及信息設(shè)備（整流元件）。

③寶石器件：將于2020年后用于信息設(shè)備，低壓配電儀器。

（2）隨著器件性能的提高，將擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋?/p>

·功率器件封裝高密度化，系統(tǒng)模塊化和機(jī)電一體化后，主要用于高壓電源，信息設(shè)備電源。

·電流密度增大后，主要用于通用逆變器，混合動(dòng)力汽車（HEV）。

·器件高耐熱性及高頻化后，主要用于雷達(dá)、通信基地、移動(dòng)電話基地。