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功率半導體的分類解析

日期:2021/10/9 10:08:07
摘要:功率半導體是電子裝置電能轉換與電路控制的核心,本質上,是通過利用半導體的單向導電性實現電源開關和電力轉換的功能。無論是水電、核電、火電還是風電,甚至各種電池提供的化學電能,大部分均無法直接使用,75%以上的電能應用需由功率半導體器件進行功率變換以后才能供設備

功率半導體是電子裝置電能轉換與電路控制的核心,本質上,是通過利用半導體的單向導電性實現電源開關和電力轉換的功能。無論是水電、核電、火電還是風電,甚至各種電池提供的化學電能,大部分均無法直接使用,75%以上的電能應用需由功率半導體器件進行功率變換以后才能供設備使用。

模擬IC中的電源管理IC與分立器件中的 功率器件 功能相似,二者經常集成在一顆芯片中,因此功率半導體包括功率IC和功率器件。功率半導體的具體用途是變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關等。

功率半導體的分類

一、根據可控性分類

根據功率半導體的可控性可以將功率半導體分為三類,第一類是不可控型功率器件,主要是功率二極管。功率二極管一般為兩端器件,其中一端為陰極,另一端為陽極,二極管的開關操作完全取決于施加在陰極和陽極的電壓,正向導通,反向阻斷,電流的方向也是單向的,只能正向通過。二極管的開通和關斷都不能通過器件本身進行控制,因此將這類器件稱為不可控器件。

第二類是半控型功率器件,半控型器件主要是晶閘管(SCR)及其派生器件,如雙向晶閘管、逆導晶閘管等。這類器件一般是三段器件,除陽極和陰極外,還增加了一個控制用門極。半控型器件也具有單向導電性,其開通不僅需在陽極和陰極間施加正向電壓,還必須在門極和陰極間輸入正向可控功率。這類器件一旦開通就無法通過門極控制關斷,只能從外部改變加在陽、陰極間的電壓極性或強制陽極電流變為零。這類器件的開通可控而關斷不可控,因此被稱之為半控型器件。

第三類是是全控型器件,以IGBT和MOSFET等器件為主。這類器件也是帶有控制端的三端器件,其控制端不僅可以控制開通,也能控制關斷,因此稱之為全控型器件。

二、根據驅動形式分類

根據驅動形式的不同,我們將功率半導體分為三類,第一類是電流驅動型,第二類是電壓驅動型,第三類是光驅動型。

電流驅動型器件有SCR、BJT、GTO等,這類器件必須有足夠的驅動電流才能使器件導通或者關斷,本質上是通過極電流來控制器件。GTO和SCR一般通過脈沖電流控制,BJT則需要通過持續的電流控制。

電壓控制型電路主要是IGBT和MOSFET等,這類器件的導通和關斷只需要特定的電壓和很小的驅動電流,因此器件的驅動功率很小, 驅動電路 比較簡單。

光控型器件一般是專門制造的功率半導體器件,如光控晶閘管。這類器件的開關行為通過光纖和專用光發射器來控制,不依賴電流或者電壓驅動。

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