1、1電力電子技術的重要作用電力電子是國民經濟和國家安全領域的重要支撐技術。 它是工業化和信息化 融合的重要手段，它將各種能源高效率地變換成為高質量的電能，將電子信息技術和傳統產業相融合的有效技術途徑。 同時，還是實現節能環保和提高人民生活 質量的重要技術手段，在執行當前國家節能減排、發展新能源、實現低碳經濟的 基本國策中起著重要的作用。電力電子器件在電力電子技術領域的應用和市場中起著決定性的作用，是節能減排、可再生能源產業的“綠色的芯”。電力電子半導體器件是伴隨著以硅為基礎 的微電子技術一起發展的。在上世紀五十到六十年代，微電子的基本技術得到了 完善，而功率晶體管和晶閘管則主導了電能變換的應用。

2、從七十年代到八十年代，基于MOS技功率MOS技術得到了迅速發展并在很大程度上取代了功率晶體管。術的IGBT器件開始出現，并研發出CoolMOS九十年代初以后，主要的研發力 量集中在對IGBT器件性能的提高和完善。到了本世紀初，經過了若干代的連續 發展，以德國英飛凌、瑞士 ABB、美國國際整流器公司（IR）、日本東芝和富士 等大公司為代表的電力電子器件產業已經擁有了趨于完美的IGBT技術，產品的電壓覆蓋300V到6.5kV范圍。功率二極管；晶閘管；電力晶體管；功率場效應晶體管（MOSFET）;絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）；復合型電力電子器件；電力電子智能模塊（IPM）和功率集成芯片（Power

3、 IC）；碳化硅和氮化傢功率器件；功率無源元件；電力電子器件與相關技術包括：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）功率模塊的封裝技術、熱管技術；（11）串并聯、驅動、保護技術。2電力電子技術發展現狀和趨勢2.1電力電子器件發展現狀和趨勢電力電子器件產業發展的主要方向：（1）高頻化、集成化、標準模塊化、智能化、大功率化；（2）新型電力電子器件結構：CoolMOS，新型IGBT ；（3）新型半導體材料的電力電子器件：碳化硅、氮化鎵電力電子器件。2.2電力電子裝置、應用的現狀和趨勢（1）在新能源和電力系統中的應用電力系統是電力電子技術應用中最重要和最有潛力的市場領域，電力電子

4、技術在電能的發生、輸送、分配和使用的全過程都得到了廣泛而重要的應用。從用電角度來說，要利用電力電子技術進行節能技術改造，提高用電效率；從發、輸配電 角度來說，必須利用電力電子技術提高發電效率和提高輸配電質量。（2）在軌道交通和電動汽車中的應用電力電子技術在軌道交通牽引系統中的應用主要分為三個方面： 主傳動系統、輔 助傳動系統、控制與輔助系統中的穩壓電源。在電力電子技術的帶動下，電傳動 系統由直流傳動走向現代交流傳動。 電力電子器件容量和性能的提高、封裝形式的改進，以及功能單元的模塊化設計技術促進了傳動系統裝置的簡約化，促進牽引電傳動系統、輔助系統和控制與輔助電流穩壓電源的發展。（3）工業電機節

5、能應用電動機作為電能最大的消費載體，具有很大的節電潛力。我國“十五”和“十一 五”計劃都將電機系統節能列為節能的重點項目。而隨著電力電子技術、計算機即交流調技術、自動控制技術的迅速發展，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命， 速取代直流調速、計算機數字控制技術取代模擬控制。感應加 主要瞄準（4）在消費類電子中的應用電力電子技術在消費類電子中的應用主要集中于各類家電中電機的驅動、 熱、照明驅動和各類個人電子用品電源管理， 家用電器依托變頻技術， 高功能和省電。（5）在國防軍工中的應用電力電子技術及電力電子裝置已日益廣泛地應用和滲透到能源、環境、制造業、 交通運輸業中，特別是與國家安全和國防有關的先進能

6、源技術、激光技術、空天技術、高檔數控機床與基礎制造技術等許多重要領域，電力電子技術是關系到上述領域中的核心技術所在。電力電子在現代化國防中得到越來越廣泛的應用，所有現代國防裝備的特種供電電源、電力驅動、推進、控制等均涉及到電力電子核心技術。2.3電力電子技術發展趨勢（1）下一代電力電子裝置的變換效率將有極大的提高，采用碳化硅器件的裝置 的效率將從現有硅器件的8590%提升到99%，體積減小到1/51/20。（2）下一代電力電子器件的裝置將開拓全新的應用領域，極大地拓展電力電子 技術的影響，諸如進入輸電系統、實現智能電網等。3我國電力電子行業發展現狀與機遇3.1我國電力電子器件的市場現狀和趨勢（

7、1）從20052008年我國電力電子市場的增長率平均為 23%，到2008年電 力電子器件的市場銷售額達1016.2億人民幣。（2）隨著我國特高壓直流輸電、高壓變頻、交流傳動機車/動車組、城市軌道交 通、電動汽車等技術的發展和市場需求的增加， 對超大功率晶閘管、IGCT、IGBT 的需求非常緊迫，而且需求量非常大。（3）從2010年到2020年全球IGBT市場將繼續保持年均20%左右的增長速度。 我國IGBT的市場規模，2010年是的55億元人民幣，預計2015年將增加到137 億元人民幣，2020年將達到341億元人民幣。高頻場控電力電子器件的市場基本上被國外壟斷。電力電子器件的生產受到國外

8、競爭。電力電子器件的中、高端芯片的研發和生產的關鍵技術還有待突破。 電力電子器件芯片的生產線有待完善和提高。新型電力電子器件生產的產業鏈還未形成。3.2我國電力電子器件行業與國外的差距（1）（2）（3）（4）（5）3.3我國電力電子裝置的發展現狀與分析（1）變頻器技術國內市場上的變頻器廠家有 300多家。活躍在我國市場上的國產品牌占70%左右，但市場份額僅占25%。目前，高壓變頻器的主要市場為內資企業占有，中 低壓變頻器市場主要被外資占有。（2）軌道交通中的應用目前我國高鐵運營里程和運行速度均為世界第一，但核心的電力電子器件如IGBT均為進口產品。（3）直流輸電技術國內直流輸電技術有了跨越式的

9、進步， 輸送電能容量有了很大的提升。高壓直流輸電是現今世界上先進的輸變電技術，目前國內直流輸電市場主要以±500kV超高壓直流輸電工程和± 800kV特高壓直流輸電工程為主，直流輸電的核心設備 國產晶閘管換流閥已獲得成功的應用。（4）無功補償技術無功補償技術是電力電子大家族的重要成員，其中 SVC （靜止無功補償器）是無 功補償裝備的代表產品。目前，我國已經完全掌握了 SVC設計制造的核心技術， 徹底實現了 SVC的全面國產化，并已成為國際上最大的 SVC設計制造國。（5）新能源中的應用在當前國家啟動的發展新能源的戰略規劃中，將太陽能、熱泵、水電、風電、生 物質能、交通可替

10、代能源、綠色建筑、新能源裝備制造業、對外投資新能源發電 等列為我國新能源發展的重點領域。我國將重點打造十大新能源工程。（6）國家產業政策的扶持第一批“十一五”期間，國家發改委啟動了支持新型電力電子器件產業化項目，完成了對國內眾多電力電子（包括 IGBT）芯片和模塊企業的支持，培育了一大 批功率電子的研發骨干企業。在“十二五”即將到來之際，國家發改委和工信部 又發布了支持電力電子器件研發和產業化的眾多專項支持計劃，對IGBT的支持也首次寫進了國務院牽頭、科技部組織的國家科技重大專項“極大規模集成電路 制造裝備及成套工藝”，明確了國家對IGBT芯片研發、制造工藝、模塊封裝、 制造裝備和材料全面支持

11、。（7）全球功率半導體產業轉移趨勢全球功率半導體產業轉移趨勢促進了我國電力電子器件需求的增長和技術的進 步。目前，全球領先的制造商全力發展微電子半導體， 而將大功率半導體器件產 業向新興市場國家特別是中國轉移，主要表現為：制造轉移、采購轉移、技術轉 移。（8）下一代寬禁帶電力電子器件發展的機遇我國正面對著一個發展高功率碳化硅電力電子器件、 實現跨越式發展并迅速趕上 以致超越西方國家的絕好機遇。在這樣一個迅速發展的領域，我國的電力電子產 學研機構急需進行大量的基礎性研究工作， 鞏固和發展科研隊伍，加強在國際上 的影響，為發展高功率碳化硅電力電子器件奠定良好的基礎。 高功率碳化硅電力 電子器件的發

12、展目標，旨在滿足國家當前在節能減排、開發新能源、傳統產業轉 型以及軍事安全等領域的迫切需求，同時瞄準國際發展前沿，實現高功率碳化硅 電力電子器件的基礎理論創新、設計方法創新和系統分析創新。4我國電力電子行業發展戰略規劃4.1編制原則我國電力電子產業化，要以科學發展觀為指導，圍繞我國低碳經濟發展的重大戰 略需求，瞄準節能減排、發展新能源和培育新興戰略產業的應用，充分發揮巨大 的國內市場需求，堅持“政府推動、市場主導，自主創新、廣泛合作，整合資源、 重點突破，立足國情、跨越發展”的原則，抓住機遇推動電力電子器件產業化， 優化我國電力電子產業結構，為國家低碳經濟發展做出貢獻。4.2發展目標（1）高頻

13、場控電力電子器件和裝置產業（a）大力推進IGBT、MOSFET FRD等高頻場控電力電子芯片和模塊的產業化， 成具有自主知識產權的芯片設計、 制造和封裝技術，掌握溝糟型、電場中止型的 NPT型IGBT的設計及制造技術，包括結構設計、可靠性設計，以及光刻、刻蝕、 表面鈍化、背面研磨、背面離子注入、背面金屬化、測試等工藝技術，提高產品 檔次。盡快形成芯片和器件的規模化生產。（b）在芯片工作的基礎上，加速并擴大采用上述國產芯片各類模塊的產業化： 為滿足電機節能、冶金、新能源、輸變電、汽車電子、軌道交通等領域對功率模塊的實際需求，實現采用自主知識產權的芯片和功率模塊產業化， 確保國產芯片 達30%。除

14、了大功率模塊之外，還應該開發智能功率模塊（IPM）和用戶專用功 率模塊（ASPM）等，重點解決模塊制造中的散熱關鍵技術、電磁兼容（ EMC） 技術和智能功率模塊的驅動及保護技術等。（C）形成高端功率集成電路（PIC）產業，包括功率MOS智能開關，電源管理 電路（20V到700V，功率達到1000W ）、半橋或全橋逆變器、電機驅動器（相全橋電路的集成，功率達到1000W，用于空調等應用中）、PWM專用SPIC 集成穩壓器等產品和產業，力爭在國內市場中占據20%以上的市場份額。（d）形成高頻場控電力電子器件生產的原材料及配套件的產業化：重點解決高 阻區熔硅單晶（電阻率達到200cm以上、單晶直徑達

15、8英寸）、陶瓷復銅板、鋁 碳化硅基板、結構件等的制造技術和提高產品質量，滿足規模生產的需求。（e） 建立國家級的高頻場控電力電子器件的測試平臺，制定和完善電力電子器 件標準。（f）鼓勵和促進國產高頻場控電力電子器件的應用，使器件的制造和應用相互 促進推進我國的電力電子技術和產業的發展， 確保國產高頻場控器件的市場占有 率2030%。（g）鼓勵推廣采用自主技術芯片、器件和功率模塊的應用裝置產業化，包括變 頻裝置逆變裝置、感應加熱裝置、無功補償、有源濾波、通信（網絡）電源等， 使國產化的電力電子器件在國產裝置中所占比重提高到 2030%。（h）在各應用領域培育使用國產高頻場控器件的重點企業，給予政

16、策性支持， 開展國產化的示范應用。在軌道交通、新能源汽車、電機節能、綠色電源、消費 電子等領域培育重點，樹立典型，發揮示范作用，帶動和推廣國產器件的應用。“十二五”期間，國產IGBT在國內總銷售額爭取達到 2030%，培育510 家在國內IGBT產業銷售額過億元的企業；形成商業化的產業規模。預計 2015 年IGBT的銷售收入25億元，帶動電力電子裝置規模達到500億元1370億元 左右。（2）寬禁帶半導體材料和電力電子器件的研發我國在該領域還未開展研發，為此要積極開展碳化硅材料和器件的科研，掌握碳 化硅材料和電力電子器件關鍵的設計優化、制造工藝和封裝基本技術，建立自主的下一代電力電子器件的研

17、發能力和產業化的基礎。爭取在“十二五”期間，達 到以下目標：(a)(b)(c)(d)研發出4英寸的具有器件制造質量的碳化硅單晶襯底；建立60微米以上的高電阻率碳化硅外延能力；研制出5000V以上的碳化硅二極管和碳化硅晶體管芯片；研制出40A以上的碳化硅二極管、20A以上的碳化硅晶體管芯片，（e）研制出400A以上的碳化硅二極管模塊，200A以上的碳化硅晶體管模塊。（3）電力電子裝置“十二五”期間，電力電子裝置及應用方面的目標則是重點解決目前新能源開發、 軌道交通、電動汽車、電力系統、消費電子、國防應用中急需的各種不同容量、 高功率密度、高性能的電力電子裝置，研究和開發各應用領域中電力電子裝置與

18、 節能關鍵技術，并實現完整的相應產業鏈。建議在發展布局、支持原則、優先發 展重點以及實施措施上考慮以下幾點：(a)(b)(c)(d)(e)形成電力電子裝置生產產業鏈；建立公共的電力電子裝置檢測試驗平臺；產業化中的關鍵技術問題研究；電力電子裝置的專用應用標準研究； 建議重點開發的產品和相關技術研究：*高壓大功率電動機變頻調速系統；*大功率風力發電并網變頻器；*大功率光伏發電并網變流器；*新能源混合動力及電動汽車用變流器；*軋鋼系統專用變頻器；*特高壓直流換流閥暫態仿真模型的建立；*換流閥高電位整體屏蔽和屏蔽性能的研究；*特高壓直流換流閥的絕緣配合、局部放電水平的控制與抑制技術；*特高壓直流換流閥

19、關鍵器件的開發研制；*特高壓直流換流閥冷卻水路、高壓光纜、光纜槽布局及材料防老化措施的研究；*特高壓直流輸電換流閥型式試驗規范的研究；*實現± 800kV特高壓直流輸電換流閥產業化，研制±1000kV特高壓直流輸電換流閥；*時速300350公里高速鐵路和大功率電力機車用變流器核心控制技術的研究 和開發、消化吸收、再創新，實現國產化生產；*兆瓦級（1.5兆瓦5兆瓦）風力發電機用變頻器實現低電壓穿越技術的研發 及突破高壓（1700V6500V）大功率IGBT芯片工藝開發技術，實現國產化生 產；* MW級雙饋式風電機組變流器；* MW級直驅式風電機組變流器；*風力發電機組變漿控制

20、系統；*采用電力電子變換器裝置實現變速恒頻雙饋風力發電系統；*采用電力電子變換裝置為風力發電機提供無功控制；*靜止無功補償裝置（SVC支持交流風電輸電的無功補償；*基于電壓源換流器（VSC技術的風電直流輸電（HVDC light）;*風電交流并網控制；*風電電能存儲和送變；*二極管箝位多電平逆變器；*空間矢量調制（SVM）技術；*電流源型變頻器技術；*高性能傳動控制技術；*模塊化多電平變流器研究；* MMC模塊的底層開關控制策略與上層無功功率、有功功率及電流跟蹤控制策 略的研究；*新材料的研究、開發。（4）研究團隊和人才培養“十二五”期間，培養具有良好的研究基礎和較高水平的電力電子技術研究團隊， 在IGBT器件產業化、下一代寬禁帶碳化硅電力電子器件及其相應的電力電子裝 置的研發設計，使其具有一定國際競爭力。培養造就規模宏大、結構優化、布局 合理、素質優良的人才隊伍，努力實現人才資源穩步增長、隊伍規模不斷壯大。 人才素質大幅度提高。人才結構進一步優化，人才競爭優勢明顯增強，競爭力不 斷提升。4.3我國電力電子行業發展的措施和建議（1）建議采用重點支持的原則，把電力電子技術的發展列入國家中長期發展規 劃，進行持續的、分階段的支持；并且，在國家政策方面進行的扶持，基于以下 兩個原則：（a）重視電力電子技術在我國國民經濟發展和國