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功率半导体的分类解析

2021-03-15 17:07
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功率半导体是电子装置电能转换与电路控制的核心,本质上,是通过利用半导体的单向导电性实现电源开关和电力转换的功能。无论是水电、核电、火电还是风电,甚至各种电池提供的化学电能,大部分均无法直接使用,75%以上的电能应用需由功率半导体器件进行功率变换以后才能供设备使用。

模拟IC中的电源管理IC与分立器件中的功率器件功能相似,二者经常集成在一颗芯片中,因此功率半导体包括功率IC和功率器件。功率半导体的具体用途是变频、变相、变压、逆变、整流、增幅、开关等。

功率半导体的分类

一、根据可控性分类

根据功率半导体的可控性可以将功率半导体分为三类,第一类是不可控型功率器件,主要是功率二极管。功率二极管一般为两端器件,其中一端为阴极,另一端为阳极,二极管的开关操作完全取决于施加在阴极和阳极的电压,正向导通,反向阻断,电流的方向也是单向的,只能正向通过。二极管的开通和关断都不能通过器件本身进行控制,因此将这类器件称为不可控器件。

第二类是半控型功率器件,半控型器件主要是晶闸管(SCR)及其派生器件,如双向晶闸管、逆导晶闸管等。这类器件一般是三段器件,除阳极和阴极外,还增加了一个控制用门极。半控型器件也具有单向导电性,其开通不仅需在阳极和阴极间施加正向电压,还必须在门极和阴极间输入正向可控功率。这类器件一旦开通就无法通过门极控制关断,只能从外部改变加在阳、阴极间的电压极性或强制阳极电流变为零。这类器件的开通可控而关断不可控,因此被称之为半控型器件。

第三类是是全控型器件,以IGBT和MOSFET等器件为主。这类器件也是带有控制端的三端器件,其控制端不仅可以控制开通,也能控制关断,因此称之为全控型器件。

二、根据驱动形式分类

根据驱动形式的不同,我们将功率半导体分为三类,第一类是电流驱动型,第二类是电压驱动型,第三类是光驱动型。

电流驱动型器件有SCR、BJT、GTO等,这类器件必须有足够的驱动电流才能使器件导通或者关断,本质上是通过极电流来控制器件。GTO和SCR一般通过脉冲电流控制,BJT则需要通过持续的电流控制。

电压控制型电路主要是IGBT和MOSFET等,这类器件的导通和关断只需要特定的电压和很小的驱动电流,因此器件的驱动功率很小,驱动电路比较简单。

光控型器件一般是专门制造的功率半导体器件,如光控晶闸管。这类器件的开关行为通过光纤和专用光发射器来控制,不依赖电流或者电压驱动。

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