最近很多朋友和我聊到IGBT單管和模塊的區(qū)別，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比等,。本人從事電力電子產(chǎn)品研發(fā)十幾年有余,，對(duì)單管和模塊都有一定的應(yīng)用，開發(fā)過的產(chǎn)品包括工頻塔式機(jī)UPS、500KW光伏逆變器,、模塊化UPS,、充電模塊等，結(jié)合實(shí)際工作中經(jīng)常和功率半導(dǎo)體廠家,、業(yè)界的諸多逆變器硬件工程師交流,，對(duì)單管和模塊進(jìn)行簡單的總結(jié)，希望對(duì)大家的IGBT設(shè)計(jì)選型和逆變器選型有所幫助,。

IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor）,，其生產(chǎn)工藝主要包括晶體管材料的生長、切割,、清洗,、制備、封裝和測(cè)試等步驟,，大家有興趣可以對(duì)其中的每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入了解,。下面從以下幾個(gè)方面對(duì)單管和模塊IGBT進(jìn)行對(duì)比分析。

一,、IGBT單管和模塊制成過程

單管和模塊都經(jīng)歷晶體管材料的生長,、切割、清洗,、制備過程,，二者區(qū)別主要是在封測(cè)，IGBT單管是將IGBT晶圓芯片封裝在一個(gè)獨(dú)立的封裝中,，常見的封裝類型包括TO-220,、TO-247等。IGBT模塊是將多個(gè)IGBT晶圓芯片,、二極管晶圓芯片等封裝在一起的模塊化設(shè)備,，內(nèi)部的IGBT晶圓芯片并聯(lián)工作，本質(zhì)上也是多個(gè)IGBT單管并聯(lián),。

在IGBT模塊生產(chǎn)時(shí),，IGBT廠家會(huì)將同批次的晶圓并聯(lián)在一起組成模塊。而一般IGBT廠家出貨給逆變器廠家的單管IGBT一般也是同批次晶圓,，IGBT單管用戶在使用過程中工藝中也會(huì)明確要求同廠家同批次并聯(lián),。因此從并聯(lián)角度來看，二者本質(zhì)上沒有區(qū)別,。之前很多朋友提到模塊一致性要比單管一致性好,，其說法并不正確。

IGBT廠家單管和模塊出貨情況

來自英飛凌官網(wǎng)的數(shù)據(jù),，2021年單管銷售額約為模塊銷售額的1/2,，其中模塊主要銷售來源于大功率塔式機(jī)應(yīng)用,，功率在200KVA以上。在200KVA以下,，越來越多用戶選擇使用單管方案,。從發(fā)貨量來對(duì)比，IGBT單管的出貨量遠(yuǎn)大于IGBT模塊,。

單管從2010光伏行業(yè)開始大規(guī)模使用,，如今在UPS、充電模塊,、光伏,、OBC、電驅(qū)領(lǐng)域,，基本以單管IGBT為主,。業(yè)界主要風(fēng)電變流器廠家禾望電氣，最近推出的逆變器已采用6個(gè)IGBT單管進(jìn)行并聯(lián),，單模塊功率達(dá)到300Kvar,。

深圳諸多逆變器廠家如華為、維諦,、科華,、英威騰、禾望等,，一般模塊功率小于200KW基本使用單管IGBT方案,，大功率塔式機(jī)一般沿用IGBT模塊方案。

從近幾年的出貨數(shù)據(jù)來看,，IGBT單管的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛,。

不用領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

在技術(shù)競爭比較激烈的電力電子行業(yè)，如光伏逆變器,、UPS,、充電模塊等領(lǐng)域，在2014年以后很多新產(chǎn)品開始使用IGBT單管方案,。在一些細(xì)分領(lǐng)域如APF/SVG、非標(biāo)定制電源等,，開始逐漸意識(shí)到單管的優(yōu)勢(shì),，尤其是在功率密度、供貨方面,，單管具有天然的優(yōu)勢(shì),。

為什么單管IGBT得到越來越多用戶的青睞，我認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面,，首先是供貨問題,，新冠疫情給很多廠家?guī)淼淖畲罄щy是IC買不到的問題,，IGBT模塊同樣如此，由于其供貨廠家有限,、封裝兼容性不強(qiáng),，導(dǎo)致很多逆變器廠家IGBT模塊買不到，導(dǎo)致不能發(fā)貨,。對(duì)比起來,，IGBT單管供貨廠家有幾十甚至上百家，封裝完全兼容,，不存在供貨問題,，而且替代起來不需要改板，這一點(diǎn)為逆變器廠家替代帶來了極大的便利,。

其次單管IGBT容量越來越大,，近兩年的IGBT單管247-plus封裝，基本已經(jīng)做到650V/100A以上,，采用交錯(cuò)3*3并聯(lián)方案,，功率基本可以達(dá)到300A，因此對(duì)于單模塊小于300A功率段的逆變器,，采用單管方案很容易實(shí)現(xiàn),。

第三點(diǎn)我認(rèn)為是單管IGBT體積小，有利于產(chǎn)品系統(tǒng)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，拓?fù)溥x用靈活,，不同特性的IGBT搭配起來方便，能夠幫助提升效率和功率密度,。以華為最新一代模塊化UPS為例,，高度3U，功率已經(jīng)做到125KW,，可以過載150% 1分鐘,，全部采用單管IGBT或MOS方案

可靠性對(duì)比

逆變器可靠性本質(zhì)上并不取決于IGBT采用了單管還是模塊方案，從并聯(lián)均流,、防護(hù)性

等角度二者無本質(zhì)差異,，逆變器可靠性更依賴于設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)能力、經(jīng)驗(yàn)等,，特斯拉電動(dòng)車設(shè)計(jì)之初電驅(qū)就采用SIC mos多管并聯(lián)方案,，其產(chǎn)品是電動(dòng)車領(lǐng)域最為可靠的產(chǎn)品。

因此簡單的采用模塊和單管來對(duì)比逆變器的可靠性,，并不客觀,。

總 結(jié)：

筆者認(rèn)為逆變器設(shè)計(jì)選型采用模塊還是單管主要取決于功率段，大于200K以上逆變器,，如果技術(shù)積累不足,，建議采用模塊IGBT方案,。小于200K功率逆變器，建議采用單管IGBT方案,，無論從功率密度,、產(chǎn)品性能等方面更具有優(yōu)勢(shì)。