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欧宝:电力电子半导体器件有哪些?电力电子半导体

时间:2022-08-28

欧宝主要有巨型晶体管GTR,功率场效应管PMOSFET,双极型绝缘栅功率晶体管IGBT,双向晶闸管GTO;和新型电力电子器件(集成门极换流晶闸管)IGCT等几种

一是全球电子信息产品市场增长的势头仍将延续,国外产业转移呈现深化趋势,对外出口将保持快速增长。

二是明年数字奥运建设对电子信息产业的拉动效应将明显显现,特别是数字电视和新一代移动通信的启动,将创造巨大的国内电子信息产品市场。随着和谐社会的构建,中西部和农村地区的市场前景日益看好。

欧宝三是今年电子信息产业投资势头迅猛,多个超过10亿元的元器件大项目陆续投产,将在明年推动产业新一轮的规模扩张。因此从总体上判断,明年电子信息产业将保持平稳发展,特别在下半年可能出现增长高峰,呈现出“低开高走”的态势。

近年来,得益于经济社会快速发展和信息技术日新月异,我国信息产业持续保持了快速协调发展,面对竞争与市场的变化和挑战,《2008-2012年中国巨型晶体管(GTR)行业调研及投资分析报告》电力电子器件的分类,将从以下方面帮助政府、业界厂商、投资者及其他中介机构更精确地把握中国巨型晶体管(GTR)行业发展脉动,更深刻地洞悉我国中国巨型晶体管(GTR)行业竞争力,以求帮助政府更好地推动工作,地区更好地发展本地经济,厂商更好地发展壮大自己,投资者更深入地了解巨型晶体管(GTR)领域,把握投资机会。

功率MOS场效应晶体管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。

欧宝分类

功率MOS场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

种类

欧宝功率MOS场效应晶体管的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型。

结构

功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率mos管相同电力电子器件的分类,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。功率MOSFET为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六边形单元;西门子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司(Motorola)的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。

欧宝欧宝:电力电子半导体器件有哪些?电力电子半导体器件的种类

绝缘栅双极型晶体管insulated-gate-bipolar transistor,IGBT,集MOSFET和GTR的优点于一身,具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流等优点,已广泛应用于变频器和其他调速电路中。

IGBT作为开关使用时,为使通态压降UcE低,通常选择为氏E值为10一15v,此情况下通态压降接近饱和值。UGE值影响短路破坏耐量(时间),耐量值为微秒级,UG。值增加,短路破坏耐量(时间)减少。门极电阻R。的取值影响开关时间,RG值大,开关时间增加,单个脉冲的开关损耗增加。但RG值减小时,di/dt增大,可能会导劲GBT误导通。R殖一般取几十欧至几百欧。主要参数Ic为集电极额定最大直流电流;U(BocES为门极短路时的集一射极击穿电压;尸C为额定l日ey日onshonshuong]!x一ng}ing丈}guon绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebiPolartransistor,IG召T)一种场控自关断的电力电子器件,又称绝缘门极双极型晶体管。此种晶体管在80年代迅速发展起来。IGBT的等效电路、图形符号如图(a)所示,图(b)、(c)分别为其转移特性和输出特性。IGBT的输人驱动级为N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管MOSFET,输出级为电力晶体管(GTR),形成达林顿晶体管电路结构。因此IGBT兼有MOSFET高输人阻抗、快开关速度和GTR的高电流密度、低通态压降的优点,但IGBT的门极偏置(又称栅极偏置)对特啊性影响很大。

门极偏置IGBT的导通和关断是由门极电压控制的。如图(b)所示,当门极电压UGE大于N沟道MOSFET的闭值电压(开启电压)UGE(th)时,MOSFET导通,从而给PNP管提供基极电流而使其导通;当门极电压小于氏E(th)啊时,MOSFET关断,PNP管无基极电流流过而截止。如图(。)所示,当IGBT导通时,工作在特性曲线电流上升区域,UGE增大时,UcE值减小。的最大耗散功率;UcE(sat)为集一射极间的饱和压降;IcE(、,为门极短路时集电极最大关断电流;Rth为结壳间的最大热阻;T为最高工作温度。发展表中列出了各代IGBT器件的典型特性参数。IGBT发展非常迅速,正在向高频、高压、大电流以及降低器件的开关损耗和通态损耗方向发展。已研制出电压高达RN任啊于二Go一』(a)它珑功勺(b)鲡电为50O0V,10DA/emZ流密度下UCE、。认,E,鲡鲡2.SV左右的IGBT。IGBT、功率MOSF-ET发展前景广阔,已成为中、小功率低压应用领域的主导器件。由于IGBT特性参数优越,,预计2000年功率达IMVA的GTR和GTO逆变器,将被IGBT逆变器所替代。UOE】>陇E,

电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件电力电子器件的分类,主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)。

功率器件几乎用于所有的电子制造业,包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设;网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备;消费电子领域的传统黑白家电和各种数码产品;工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等。

除了保证这些设备的正常运行以外,功率器件还能起到有效的节能作用。由于电子产品的需求以及能效要求的不断提高,中国功率器件市场一直保持较快的发展速度。

国家统计局数据显示,2010年中国功率器件行业共有规模以上企业498家,全行业实现销售收入1015.11亿元,同比增长6.86%;实现利润总额85.27亿元,同比增长47.54%。从企业经济类型来看,三资企业数量最多,其企业数量占行业数量的47.19%。从企业数量、销售收入以及资产规模来看,江苏、广东和浙江等省所占的份额居多。

20世纪50年代,电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管,因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快,而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期,已逐步取代了汞弧闸流管。80年代,普通晶闸管的开关电流已达数千安,能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上,为适应电力电子技术发展的需要,又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件,以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。

各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件,其器件电流由伏安特性决定,除了改变加在二端间的电压外,无法控制其阳极电流,故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件,其门极信号能控制元件的导通,但不能控制其关断,称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件,其门极信号既能控制器件的导通,又能控制其关断,称全控型器件。后两类器件控制灵活,电路简单电力电子器件的分类,开关速度快,广泛应用于整流、逆变、斩波电路中电力电子器件的分类,是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠,而且节能效果十分明显(一般可节电10%~40%)。

单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的,能通过的电流大小也是一定的。因此,由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以,在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件,其耐压和通流的能力可以成倍地提高,从而可极大地增加电力电子装置的容量。器件串联时,希望各元件能承受同样的正、反向电压;并联时则希望各元件能分担同样的电流。但由于器件的个异性,串、并联时,各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以,在电力电子器件串联时,要采取均压措施;在并联时,要采取均流措施。

欧宝电力电子器件工作时,会因功率损耗引起器件发热、升温。器件温度过高将缩短寿命,甚至烧毁,这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此,必须考虑器件的冷却问题。常用冷却方式有自冷式、风冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸发冷却式等。