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                                      一文看懂常用功率半导体的分类

                                      文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-12-07 18:15:00【

                                       电力电子技术的核心是电能的变换和控制,常见的有直流转交流(逆变)、交流转直流(整流)、变频、变相等。在工程中拓展开来,变得五花八门,应用领域非常之广,学电的小伙伴都很清楚。但是,千变万化离不开其核心——功率电子器件


                                      01 分类

                                      功率电子器件的分类及用途:


                                       

                                      【补充】半导体材料的发展:

                                      第一代:Si、Ge等元素半导体材料,促进计算机及IT技术的发展,也是目前功率半导体器件的基础材料;

                                      第二代:GaAs、InP等化合物半导体材料,主要用于微波器件、射频等光电子领域;

                                      第三代:SiC、GaN等宽禁带材料,未来在功率电子、射频通信等领域非常有应用前景

                                       

                                      02 应用

                                      功率电子器件的应用:

                                      • 不控器件:典型器件是电力二极管,主要应用于低频整流电路;

                                      • 半控器件:典型器件是晶闸管,又称可控硅,广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中,应用场景多为低频;

                                      • 全控器件:应用领域最广,典型为GTO、GTR、IGBT、MOSFET,广泛应用于工业、汽车、轨道牵引、家电等各个领域

                                         


                                       

                                      1. GTO:门极可关断晶闸管

                                      2. GTR:电力晶体管

                                      3. IGBT:绝缘栅双极性晶体管

                                      4. MOSFET:金属氧化物半导体场效应晶体管

                                      汽车领域及大部分工业领域目前最常用的全控器件,全控器件的基本应用场景可以用下边这张示意图概括

                                       


                                      03 IGBT

                                      IGBT是个好东西!:

                                      下边是来历!

                                      上边介绍的几种全控器件,其中GTO是晶闸管的派生器件,主要应用在兆瓦级以上的大功率场合,咱们较少涉及,先讨论另外几种。

                                      GTR(电力晶体管):电路符号和普通的三极管一致,属于电流控制功率器件,20世纪80年代以来在中小功率范围内逐渐取代GTO。GTR同学特点鲜明,耐高压、大电流、饱和压降低是其主要优点;但是缺点也很明显,驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏,驱动电流大直接决定其不适合高频领域的应用。

                                      MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管):顾名思义,电场控制是他与GTR最明显的区别,特性是输入阻抗大,驱动功率小,开关速度快,工作频率高,是不是完美弥补了GTR的缺陷?那MOS能不能完全替代GTR呢?答案是不能,MOSFET典型参数是导通阻抗,直观理解,耐压做的越大,芯片越厚,导通电阻越大,电流能力就会降低,因此不能兼顾高压和大电流就成了MOS同学的短板,但别忘了,这是GTR的长处呀!

                                      于是,混血儿IGBT诞生了

                                      看他的简化等效电路图,是不是就明白什么了?


                                      那么定义就来了,IGBT是以双极型晶体管为主导元件,以MOSFET为驱动元件的达林顿结构,是不是很巧妙!再看他的名字“绝缘栅场效应晶体管”就很好记了


                                      IGBT特点:

                                      • 损耗小,耐高压,电流密度大,通态电压低,安全工作区域宽,耐冲击;

                                      • 开关频率高,易并联,所需驱动功率小,驱动电路简单,输入阻抗大,热稳定性好等;

                                      • 应用领域正迅速扩大,逐步取代GTR、MOSFET的市场;

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