功率半导体器件分类及应用-KIA MOS管
信息来源：本站 日期：2021-06-25
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。但是,千变万化离不开其核心一一功率电子器件。
1958年美国通用电气( GE )公司研发出世界上第一个工业用普通晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。从此半导体功率器件的研制及应用得到了飞速发展。
功率半导体器件分类：半导体功率器件根据功能分,可以分为三类:可控、半控型、全控型。
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。
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。
GTO :门极可关断晶闸管
GTR :电力晶体管
IGBT :绝缘栅双极性晶体管
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面这张示意图概括。
功率半导体器件分类：上文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,我们较少涉及,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,电场控制是它与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的短板,但别忘了,这是GTR的长处呀!于是，IGBT诞生了。
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。再看名字“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,耐冲击等。
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