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  • 功率半導體器件分類與應用介紹
    • 發布時間:2022-07-29 18:46:28
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    功率半導體器件分類與應用介紹
    功率半導體器件的分類
    電力電子技術的核心是電能的變換和控制,常見的有直流轉交流(逆變)、交流轉直流 (整流)、變頻、變相等。在工程中拓展開來,變得五花八門,應用領域非常之廣。但是,千變萬化離不開其核心一一功率電子器件。
    1958年美國通用電氣( GE )公司研發出世界上第一個工業用普通晶閘管,標志著電力電子技術的誕生。從此半導體功率器件的研制及應用得到了飛速發展。
    功率半導體器件分類:半導體功率器件根據功能分,可以分為三類:可控、半控型、全控型。
    功率半導體器件分類
    半導體材料的發展:
    第一代: Si、 Ge等元素半導體材料,促進計算機及IT技術的發展,也是目前功率半導體器件的基礎材料;
    第二代: GaAs、InP等化合物半導體材料,主要用于微波器件、射頻等光電子領域;
    第三代: SiC、GaN等寬禁帶材料,未來在功率電子、射頻通信等領域非常有應用前景。
    功率半導體器件應用
    不控器件:典型器件是電力二極管,主要應用于低頻整流電路 ;
    半控器件:典型器件是晶閘管,又稱可控硅,廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電路中,應用場景多為低頻;
    全控器件:應用領域最廣,典型為GTO、GTR、 IGBT、 MOSFET ,廣泛應用于工業、汽車、軌道牽引、家電等各個領域。
    功率半導體器件分類
    GTO :門極可關斷晶閘管
    GTR :電力晶體管
    IGBT :絕緣柵雙極性晶體管
    MOSFET :金屬氧化物半導體場效應晶體管
    汽車領域及大部分工業領域目前最常用的全控器件,全控器件的基本應用場景可以用下面這張示意圖概括。
    功率半導體器件分類
    功率半導體器件分類:上文介紹的幾種全控器件,其中GTO是晶閘管的派生器件,主要應用在兆瓦級以上的大功率場合,我們較少涉及,先討論另外幾種。
    GTR(電力晶體管) :電路符號和普通的三極管一致,屬于電流控制功率器件, 20世紀80年代以來在中小功率范圍內逐漸取代GTO。
    GTR特點鮮明,耐高壓、大電流、飽和壓降低是其主要優點;但是缺點也很明顯,驅動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞,驅動電流大直接決定其不適合高頻領域的應用。
    MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管) : 顧名思義,電場控制是它與GTR最明顯的區別,特性是輸入阻抗大,驅動功率小,開關速度快,工作頻率高,是不是完美彌補了GTR的缺陷?
    那MOS能不能完全替代GTR呢?答案是不能, MOSFET典型參數是導通阻抗,直觀理解,耐壓做的越大,芯片越厚,導通電阻越大,電流能力就會降低,因此不能兼顧高壓和大電流就成了MOS的短板,但別忘了,這是GTR的長處呀!于是,IGBT誕生了。
    IGBT是以雙極型晶體管為主導元件,以MOSFET為驅動元件的達林頓結構。再看名字“絕緣柵場效應晶體管”就很好記了。
    IGBT特點:損耗小,耐高壓,電流密度大,通態電壓低,安全工作區域寬,耐沖擊等。
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