最近很多朋友跟我聊了聊IGBT單管和模組的區別，優缺點的對比等等。 從事電力電子產品研發十餘年，對單管、單模組有一定的應用，我研發的產品包括工頻塔式UPS、500KW光伏逆變器、模組化UPS、充電模組等，結合實際工作，經常與功率半導體廠商和行業內眾多逆變器硬體工程師進行交流， 並對單管和模組做乙個簡單的總結，希望在IGBT設計和逆變器選擇方面對您有所幫助。
IGBT代表絕緣柵雙極電晶體，其生產工藝主要包括電晶體材料的生長、切割、清洗、製備、封裝和測試。 下面從以下幾個方面對單管和模組IGBT進行對比分析。
igbt單管和模組製作過程
單管和模組都經歷了電晶體材料的生長、切割、清洗、製備等過程，兩者的區別主要在於封裝和測試，IGBT單管是將IGBT晶圓晶元封裝在乙個獨立的封裝中，常見的封裝型別有TO-220、TO-247等。 IGBT模組是將多個IGBT晶圓晶元、二極體晶圓晶元等封裝在一起，內部IGBT晶圓晶元併聯工作的模組化器件，本質上是多個IGBT單管併聯。
在IGBT模組的生產中，IGBT製造商將同一批次的晶圓併聯起來形成模組。 一般來說，IGBT廠家發貨給逆變器廠家的單管IGBT一般是同批矽片，IGBT單管使用者在使用過程中也會明確要求同批次與同一廠家併聯。 因此，從並行性的角度來看，兩者之間基本上沒有區別。 很多朋友都提到模組一致性比單管一致性好，這是不正確的。
igbt製造商的單管和模組出貨量
英飛凌官網資料顯示，2024年單管銷售額約為元件銷售額的1 2%，其中元件主要銷售在大功率塔式應用中，功率在200kva以上。 在200kVA以下，越來越多的使用者選擇使用單管方案。 在出貨量方面，IGBT單管的出貨量遠大於IGBT模組。
單管從2024年開始在光伏行業大規模應用，現在在UPS、充電模組、光伏、OBC、電驅動等領域，基本以單管IGBT為主。 行業內主要的風電變流器製造商和王電氣最近推出了一款採用6根IGBT單管併聯的逆變器，單個模組功率達到300kvar。
深圳很多逆變器廠商，如華為、維諦技術（Vertiv）、科華、英威騰、和旺等，對於元件功率小於200kW，一般採用單管IGBT方案，IGBT模組方案一般用於大功率塔機。
從近幾年的出貨資料來看，IGBT單管的應用將越來越廣泛。
不同領域的應用狀態
在技術競爭激烈的電力電子行業，如光伏逆變器、UPS、充電模組等領域，2024年後，許多新產品開始採用IGBT單管方案。 在APF SVG、非標定製電源等細分領域，逐漸意識到單管的優勢，特別是在功率密度和供電方面，單管具有天然的優勢。
為什麼單管IGBT受到越來越多使用者的青睞，我認為主要有以下幾個方面，首先是供應問題，新冠疫情給很多廠商帶來的最大困難就是IC買不到的問題，IGBT模組也是如此，由於供應商有限，封裝相容性差， 導致很多逆變器廠家IGBT模組買不到，導致無法出貨。相比之下，IGBT單管供應商有幾十家甚至上百家，封裝完全相容，不存在供電問題，無需換板更換，為逆變器廠家的更換帶來了極大的便利。
其次，單管IGBT的容量越來越大，近兩年IGBT單管247-PLUS封裝基本實現了650V 100A以上，採用交錯式3*3併聯方案，功率基本可以達到300A，因此對於單模組功率範圍小於300A的逆變器來說，很容易實現單管方案。
第三點我認為是單管IGBT體積小，有利於產品系統方案和結構設計，拓撲結構靈活，不同特性的IGBT易於匹配，有助於提高效率和功率密度。 以華為最新一代模組化UPS為例，高度為3U，功率達到125kW，過載1分鐘可達150%，全部採用單管IGBT或MOS方案。
可靠性比較
逆變器的可靠性不取決於IGBT是採用單管還是模組方案，從併聯均流和保護。
在特斯拉電動汽車設計之初，電驅動採用SiC MOS多管併聯方案，其產品是電動汽車領域最可靠的產品。
因此，簡單地使用模組和單管來比較逆變器的可靠性是不客觀的。
總結：
筆者認為，逆變器的設計和選擇是採用模組還是單管，主要取決於功率段，如果逆變器大於200K，如果技術積累不足，建議採用模組IGBT方案。 對於小於200K的功率逆變器，建議使用單管IGBT方案，在功率密度和產品效能方面更具優勢。