集成電路（俗稱“芯片”）的研發應用，我國與發達國家存在較大差距。在電力領域，進口芯片一直處于壟斷強勢地位，長期以來，我國輸變電設備與配用電設備中的核心芯片進口產品分別占到95%和80%，芯片已經成為制約我國電力行業裝備技術國產化水平提升的瓶頸。不過，這種局面有望改變。據科技日報13日報道，日前國家智能電網項目首次采用了國產的高壓大功率IGBT芯片，加快了國家職能電網“中國芯”國產化的步伐。

國家智能電網采用的3300V IGBT器件由中國北車永濟電機公司研發。IGBT全稱是絕緣柵雙極型晶體管，它是一種電壓控制型器件。IGBT具有容量大、損耗小、易于控制等優點，可使換流器拓撲結構更加簡單、損耗更小，因此成為高壓柔性直流輸電領域核心器件。近年來，我國長距離高壓柔性直流輸電領域發展迅猛，IGBT器件也因此具備十分廣闊的應用前景。

長期以來，IGBT的核心技術和產業大多為歐美和半導體廠商所壟斷，國內企業對該產品的研發大多處于起步階段。此前，國家智能電網項目所需IGBT模塊全部采用德國英飛凌、瑞士ABB等公司產品。在此次競標中，北車永濟電機公司與國外企業在同一技術平臺競標，以品牌展示“話語權”，力壓國際知名半導體廠商，成功中標該項目，邁出了我國IGBT國產化進程中的關鍵一步。

僅僅四年時間，該公司通過戰略布局，吸納國際優勢研發資源，技術自主攻關，17類產品已處于國際領先水平并填補國內多項空白。目前，該公司具備年產6種等級IGBT器件10萬只的能力，可滿足智能電網、鐵路機車、風力發電、光伏發電、電動汽車等應用領域對IGBT器件的廣泛需求。

何為IGBT

簡單來說，IGBT是一種實現電能轉換和控制的電力電子器件。復雜一點說，用電設備終端都需要不同電壓等級、不同電流大小，即不同功率等級的電力設備，這就需要大量采用IGBT等功率器件進行電能的轉換和控制。比如在我們熟悉的高鐵動車組，其電能的轉換首先是將電網2.5萬伏的高壓交流電，經過降壓、整流、逆變等方式，轉換成可以調頻調壓的三相交流電，最后供給交流電機，這個過程稱之為“變流”，最后輸出的三相交流電供給交流電機，從而獲得牽引整列高速動車組前進的牽引力。

IGBT在我們生活的基礎領域——發電也是重要的存在。在發電領域，風、水、太陽能等能源發出的電是一種粗糙的、不可控的、不穩定的電能，就是我們俗說的“粗電”，而要想轉換成精細的、可控的、穩定的能夠并入電網的“精電”，進而適合不同功率電力設備，需要采用IGBT等電力電子器件實現對電能的品質轉化，以風電為例，風機的葉片帶動發電機旋轉，發電機發出的頻率往往不到電網頻率的一半，因此需要用高壓大電流的IGBT模塊，重新產生穩頻穩壓的交流電。

應用廣泛 多部委關注IGBT研發

作為新一代功率半導體器件，IGBT器件具有驅動容易、控制簡單、開關頻率高、導通電壓低、通態電流大、損耗小等優點，是自動控制和功率變換的關鍵核心部件，被廣泛應用在軌道交通裝備行業、電力系統、工業變頻、風電等產業中。在軌道交通領域，牽引傳動系統是動車組、機車等裝備的核心部件，而IGBT是牽引傳動系統的核心部件。采用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率，提高用電質量，節電30%以上。IGBT器件產業分為IGBT芯片設計、芯片制造和IGBT器件封裝三部分。其中芯片設計和制造又是最為尖端的環節，高端IGBT芯片的成本約占IGBT模塊的50%左右。

早在1996年，當時的國家計委就把發展IGBT芯片及模塊產業化作為重點項目，近年來更頻頻出臺政策支持IGBT國產化項目，國家“863”項目、國家重大科技專項等一批“國字號”科研項目紛紛將IGBT技術的研制與產業化列為重大課題。

然而，由于起步較晚、研發難度大，此前國內IGBT芯片設計主要集中在民用級的1200V IGBT上，多由民營企業參與，毛利率較低。而工業級和牽引級的高壓大功率IGBT芯片，毛利率較高，目前國內尚無主打產品出現。因而我國廣泛應用的高端IGBT芯片基本上依賴進口，在交貨周期和采購價格上完全受制于國外ABB、英飛凌、三菱等歐洲和日本少數幾家公司。

中國北車成功自主研發出IGBT芯片后，可根據軌道牽引、智能電網、風力發電、電動汽車等各應用領域的實際需求進行定制化的芯片特性設計。