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什么是功率半导体器件
来源:音特电子 发布日期:2023-11-16 浏览次数:648次
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功率半导体器件是指可在主电路中直接实现电能转换或电路控制的电子器件,主要用于电力变换,包括整流、逆变、直流斩波,以及交流电力控制、变频或变相。不同于其他类型半导体,功率半导体能够耐受高电压、大电流,通常工作在开关状态,是电能转换与电路控制的核心,对电能高效产生、传输、转换、存储和控制起着关键作用。

功率半导体器件根据载流子类型可以分为双极型功率半导体和单极型功率半导体器件。双极型功率半导体器件包括功率二极管、双极结型晶体管(BJT)、电力晶体管(GTR)、晶闸管(Thyristor)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。单极型功率半导体器件包括功率MOSFET、肖特基二极管等。它们的工作电压和工作频率也有所不同。

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是由BJT(双极结型晶体管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT可以实现直流电和交流电之间的转换或者改变电流的频率,有逆变和变频的作用。

从控制类型上看,功率半导体器件从不可控器件发展为半控型器件,又发展为全控型器件。首先用于电力领域的功率半导体器件为硅二极管,包括普通二极管、肖特基二极管等,均属于不可控器件;然后为晶闸管,晶闸管能够承受高反向击穿电压及大电流,其缺点在于关断是被动的,需要依赖外部条件,属于半控型器件:20世纪60年代,实现了晶闸管的关断,即门极可关断晶闸管(Gate Turn Off Thyristor,GTO)。随着MOSFET 技术的发展,20世纪70年代后期出现功率场效应晶体管(PowerMOSFET)。至此,全控型器件迅速发展起来,开关速度及开关频率普遍高于晶闸管。

功率半导体器件的主要特征包括:①主要功能是实现大功率电能的变换和控制;②最重要的参数是其所能处理的功率,或者说所能承受的电压、电流范围,通常远大于一般电子器件;③为了尽可能地避免功耗,一直处于开关状态,由专门的驱动电路来控制其导通或关断:④自身功耗较大,需要安装散热器以提高器件或系统的散热能力。