功率半導體器件分類和性能對比

擔當功率開關的半導體器件就是功率半導體器件，大緻有三大類。 (1)二極管(Diode)：開關狀态由主電路（功率電路）自身控制，因此又稱為一被動開關、不可控開關。 (2)可控矽( Silicon controlled rectifier)：又稱為Thyristor（半導體閘流管），能夠被低功率的控制信号打開，但隻能由主電路（功率電路）自身來關斷而不能被控制信号關斷，因此又被稱為半可控開關。 (3)可控開關(Controllable switch)：開通與關斷都能由 低功率的控制信号實現。 目前，商品化的半導體可控開關包括GTO、IGCT、田T與GTR、IGBT、VMOS，其電路符号如圖1所示。

圖1 半導體功率開關的電路符号

在半導體器件規模應用之前，電子管也曾經廣泛用作功率開關。現在，功率半導體器件幾乎全部取代了電子管器件，是因為我們特别在意功率開關的效。電子管器件自身的功耗很高，而且不能傳送足夠的電流。就像《西遊記》裡的“豬八戒”，雖然力氣大，但是耐力不行，而且吃得太多；我們更需要“孫悟空”，效率高、耐力強，吃的還不多。換言之，就是“馬兒要跑，最好還要不吃草”。效率降低包含兩個方面的因素。 ·随着能量消費量的增加，能量的成本随之增加。 ·随着能量消費量的增加，設計的複雜程度增加，尤其是開關器件的散熱問題變得尤為突出。表征這一因素的主要參數——“熱阻”，就是半導體器件的核心參數之一。1．理想的功率開關 理想的功率開關波形如圖2所示，具備以下幾個特征。

圖2 理想的功率開關波形

·開通、導電狀态能傳輸無限量的電流。 ·關斷、不導電狀态能耐受無限量的電壓。 ·開通、導電狀态下，自身的電壓降為0。 ·關斷、不導電狀态下，自身的洩露電流為0。 ·不限制開關的操作速度，上升時間和下降時間為0。 從上述特征來看，機械開關是比較理想的，但是開關速度低，難以實現自動控制。2．現實中的功率開關 現實中的電子功率開關波形如圖3所示，其特征如下。

圖3 現實中的功率開關波形

·功率容量受限：主要受限因素是電流。 開關速度受限：功率開關的開通與關斷需要一定的時間，此時間内的功率開關處于放大狀态，由 此帶來的功耗稱為開關功耗。 ·開通、導電狀态存在導通壓降（飽和壓降），由 此帶來的功耗稱為通态功耗，也稱為傳輸功耗、傳導功耗。 ·關斷、不導電的狀态下存在洩露電流，由此帶來的功耗稱為靜态功耗。3．常見功率半導體器件的工藝技術水 平比較 常見功率半導體器件的工藝技術水平比較見表1。為了對比，也将基本退出主流應用領域的電子管并列入内。

表1

(1) GVT：Gate controled Vacuum Tube，栅控電子管，包括三極管與多栅管。 (2) 1920s：20世紀20 年代，即 1920～1929 年，以下類同。 (3) MTR:Mercury Tube Rectifier，汞蒸氣二極管，水銀整流器，大功率電子二極管的主流。 (4) RD：Silicon Rectifying Diode，矽半導體二極管，功率半導體二極管的主流。 (5) 100sMW:l00MW以上，數百兆瓦，1MW＝ l000kW，以下類同。4．功率半導體 器件的應用領域 功率半導體器件的一般應用領域見表2。

表2 功率半導體器件的一般應用領域

（1）DIP-IPM:雙列直插封裝的IPM。 （2）IPM：智能功率模塊，常見的是IGBT類，也有VMOS類。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!