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              常見的幾種功率半導體器件有哪些?

              文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2022/11/9     瀏覽次數:    

              我們知道功率器件是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心,它利用半導體單向導電的特性,改變電子裝置中電壓、頻率、相位和直流交流轉換等功能。根據可控性和其他使用因素,功率器件分成了很多種類別,其中常見的分類有:


              控制晶閘管MCT(MOS Controlled Thyristor)


              MCT是一種新型MOS與雙極復合型器件。MCT是將MOSFET的高阻抗、低驅動圖MCT的功率、快開關速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結合在一起,形成大功率、高壓、快速全控型器件。實質上MCT是一個MOS門極控制的晶閘管。它可在門極上加一窄脈沖使其導通或關斷,它由無數單胞并聯而成。


              IGCT集成門極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)


              IGCT是在晶閘管技術的基礎上結合和GTO等技術開發的新型器件,具有電流大、阻斷電壓高、開關頻率高、可靠性高、結構緊湊、低導通損耗等特點。是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件,適用于高壓大容量變頻系統,而且造成本低,成品率高,有很好的應用前景。


              IGCT是將GTO芯片與反并聯二極管和門極驅動電路集成在一起,再與其門極驅動器在外圍以低電感方式連接,結合了晶體管的穩定關斷能力和晶閘管低通態損耗的優點。在導通階段發揮晶閘管的性能,關斷階段呈現晶體管的特性。



              集成電力電子模塊IPEM(Intergrated Power Elactronics Modules)


              IPEM是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導體器件MOSFET,IGBT或MCT與的芯片封裝在一起組成一個積木單元,然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導率的絕緣陶瓷襯底上,在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部,則通過表面貼裝將控制電路、門極驅動、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。


              IPEM實現了電力電子技術的智能化和模塊化,大大降低了電路接線電感、系統噪聲和寄生振蕩,提高了系統效率及可靠性。


              電力電子積木PEBB(Power Electric Building Block)


              PEBB是在IPEM的基礎上發展起來的可處理電能集成的器件或模塊。PEBB并不是一種特定的半導體器件,它是依照優的電路結構和系統結構設計的不同器件和技術的集成。


              它除了包括功率半導體器件外,還含有門極驅動電路、電平轉換、傳感器、保護電路、電源和無源器件。PEBB有能量接口和通訊接口,通過這兩種接口,幾個PEBB可以組成電力電子系統。這些系統可以像小型的DC-DC轉換器一樣簡單,也可以像大型的分布式電力系統那樣復雜。


              一個系統中,PEBB的數量可以從一個到任意多個。多個PEBB模塊一起工作可以完成電壓轉換、能量的儲存和轉換、陰抗匹配等系統級功能,PEBB重要的特點就是其通用性。



              電子注入增強柵晶體管IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)


              IEGT是耐壓達4kV以上的IGBT系列電力電子器件,通過采取增強注入的結構實現了低通態電壓,使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發展。IEGT具有作為MOS系列電力電子器件的潛在發展前景,具有低損耗、高速動作、高耐壓、有源柵驅動智能化等特點,以及采用溝槽結構和多芯片并聯而自均流的特性,使其在進一步擴大電流容量方面頗具潛力。另外,通過模塊封裝方式還可提供眾多派生產品,在大、中容量變換器應用中被寄予厚望。


              超大功率晶閘管


              晶閘管(SCR)自問世以來,其功率容量提高了近3000倍。近十幾年來,由于自關斷器件的飛速發展,晶閘管的應用領域有所縮小,但是,由于它的高電壓、大電流特性,它在HVDC、靜止無功補償(SVC)、大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調速應用方面仍占有十分重要的地位。



              高功率溝槽柵結構IGBT(TrenchIGBT)模塊


              當今高功率IGBT模塊中的IGBT元胞通常多采用溝槽柵結構IGBT。與平面柵結構相比,溝槽柵結構通常采用1μm加工精度,從而大大提高了元胞密度。由于門極溝的存在,消除了平面柵結構器件中存在的相鄰元胞之間形成的結型場效應晶體管效應,同時引入了一定的電子注入效應,使得導通電阻下降。為增加長基區厚度、提高器件耐壓創造了條件。所以近幾年來出現的高耐壓大電流IGBT器件均采用這種結構。



              與碳化硅(SiC)功率器件


              在用新型半導體材料制成的功率器件中,有希望的是碳化硅(SiC)功率器件。它的性能指標比砷化鎵器件還要高一個數量級,碳化硅與其他半導體材料相比,具有下列優異的物理特點:高禁帶寬度,高飽和電子漂移速度,高擊穿強度,低介電常數和高熱導率。上述這些優異的物理特性,決定了碳化硅在高溫、高頻率、高功率的應用場合是為理想的半導體材料。


              在同樣的耐壓和電流條件下,SiC器件的漂移區電阻要比硅低200倍,即使高耐壓的SiC場效應管的導通壓降,也比單極型、雙極型硅器件的低得多。而且,SiC器件的開關時間可達10nS量級,并具有十分優越的FBSOA。SiC可以用來制造射頻和微波功率器件,各種高頻整流器,MESFETS、MOSFETS和JFETS等。


              以上就是常見的功率半導體器件。電力電子變換器的功率等級覆蓋范圍非常廣泛,包括小功率范圍:如筆記本電腦、冰箱、洗衣機、空調等;中功率范圍電氣傳動、新能源發電等;大功率范圍:如高壓直流輸電系統等,科技的發展也對功率半導體器件提出了越來越多、越來越高的性能需求。

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