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常用的功率半導(dǎo)體器件有哪些?具有哪些特點(diǎn)?

時(shí)間:2023-12-18 17:49:51來(lái)源:21ic電子網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):?我們知道功率器件是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心,它利用半導(dǎo)體單向?qū)щ姷奶匦?,改變電子裝置中電壓、頻率、相位和直流交流轉(zhuǎn)換等功能。

  我們知道功率器件是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心,它利用半導(dǎo)體單向?qū)щ姷奶匦?,改變電子裝置中電壓、頻率、相位和直流交流轉(zhuǎn)換等功能。根據(jù)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(jiàn)的分類有:

  1、MOS控制晶閘管MCT(MOS Controlled Thyristor)

  MCT是一種新型MOS與雙極復(fù)合型器件。MCT是將MOSFET的高阻抗、低驅(qū)動(dòng)圖MCT的功率、快開(kāi)關(guān)速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結(jié)合在一起,形成大功率、高壓、快速全控型器件。實(shí)質(zhì)上MCT是一個(gè)MOS門(mén)極控制的晶閘管。它可在門(mén)極上加一窄脈沖使其導(dǎo)通或關(guān)斷,它由無(wú)數(shù)單胞并聯(lián)而成。

  它的特點(diǎn)是:其驅(qū)動(dòng)電路比GTO的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單;通態(tài)壓降與SCR相當(dāng),比IGBT和GTR都低。MCT具有高電壓、大電流高輸入阻抗低驅(qū)動(dòng)功率、低通態(tài)壓降、開(kāi)關(guān)速度快以及開(kāi)關(guān)損耗小等特點(diǎn)。另外,MCT承受di/dt和du/dt的能力極高,可使其保護(hù)電路得以簡(jiǎn)化。

  2、IGCT集成門(mén)極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)

  IGCT是在晶閘管技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合IGBT和GTO等技術(shù)開(kāi)發(fā)的新型器件,具有電流大、阻斷電壓高、開(kāi)關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、低導(dǎo)通損耗等特點(diǎn)。是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體器件,適用于高壓大容量變頻系統(tǒng),而且造成本低,成品率高,有很好的應(yīng)用前景。

  IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起,再與其門(mén)極驅(qū)動(dòng)器在外圍以低電感方式連接,結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)。在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能,關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。

  3、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(dǎo)體器件MOSFET,IGBT或MCT與二極管的芯片封裝在一起組成一個(gè)積木單元,然后將這些積木單元迭裝到開(kāi)孔的高電導(dǎo)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(guò)表面貼裝將控制電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)、電流和溫度傳感器以及保護(hù)電路集成在一個(gè)薄絕緣層上。IPEM實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的智能化和模塊化,大大降低了電路接線電感、系統(tǒng)噪聲和寄生振蕩,提高了系統(tǒng)效率及可靠性。

  4、超大功率晶閘管

  晶閘管(SCR)自問(wèn)世以來(lái),其功率容量提高了近3000倍。近十幾年來(lái),由于自關(guān)斷器件的飛速發(fā)展,晶閘管的應(yīng)用領(lǐng)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(wú)功補(bǔ)償(SVC)、大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調(diào)速應(yīng)用方面仍占有十分重要的地位。

  該器件獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)是:門(mén)-陰極周界很長(zhǎng)并形成高度交織的結(jié)構(gòu),門(mén)極面積占芯片總面積的90%,而陰極面積僅占10%;基區(qū)空穴-電子壽命很長(zhǎng),門(mén)-陰極之間的水平距離小于一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度。上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確保了該器件在開(kāi)通瞬間,陰極面積能得到100%的應(yīng)用。此外,該器件的陰極電極采用較厚的金屬層,可承受瞬時(shí)峰值電流。

  超大功率晶閘管的特點(diǎn)包括:

  1)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí),不管門(mén)極承受何種電壓,晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)。

  2)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí),僅在門(mén)極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。這時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài),這就是晶閘管的閘流特性,即可控特性。

  3)晶閘管在導(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽(yáng)極電壓,不論門(mén)極電壓如何,晶閘管保持導(dǎo)通,即晶閘管導(dǎo)通后,門(mén)極失去作用。門(mén)極只起觸發(fā)作用。

  4)晶閘管在導(dǎo)通情況下,當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于零時(shí),晶閘管關(guān)斷。

  5)晶閘管導(dǎo)通的條件是陽(yáng)極與陰極間應(yīng)加正向電壓,同時(shí)門(mén)極與陰極間也應(yīng)加上適當(dāng)?shù)恼螂妷?。要使已?dǎo)通的晶閘管截止,必須切除陽(yáng)極與陰極間的正向電壓或?qū)⒃撾妷悍聪颉?/p>


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