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什么是功率器件?

功率器件在电力电子电路的重要组成部门,本文将学习功率器件的相关知识,从什么是功率器件到功率器件的分类,再到其特性,最后到其选型技巧。旨在帮助电力电子设计初学者认识和掌握功率器件的选型和应用。  ---查看全文 >>

关键字:功率器件 功率半导体 

什么是功率器件?

功率器件在电力电子电路的重要组成部门,本文将学习功率器件的相关知识,从什么是功率器件到功率器件的分类,再到其特性,最后到其选型技巧。旨在帮助电力电子设计初学者认识和掌握功率器件的选型和应用。

什么是功率器件
功率半导体器件,以前也被称为电力电子器件,简单来说,就是进行功率处理的,具有处理高电压,大电流能力的半导体器件。典型的功率处理,包括变频、变压、变流、功率管理等等。     
什么是功率器件?

功率器件的分类
根据开关特性不同,可分为:
半控型器件:通过门极信号只能控制其导通而不能控制其关断的器件,如SCR;
全控型器件:通过门极信号既能控制其导通又能控制其关断的器件,如BJT、IGBT、GTO、IGCT。

根据控制极(包括门极、栅极或基极)信号的不同性质,可分为:
电流控制型器件:一般通过从控制极注入或抽出控制电流的方式来实现对导通或关断的控制,如SCR;
电压控制型器件:利用场控原理控制的电力电子器件,其导通或关断是由控制极上的电压信号控制的,控制极电流极小,如IGBT。

根据半导体器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况,可分为:
单极型器件:由一种载流子参与导电的器件,如MOSFET;单极型器件只有一种载流子(多数载流子)参与导电,是电压控制型器件,具有控制功率小、驱动电路相对简单、工作频率高、无二次击穿问题、安全工作区宽等显著特点,其缺点是通态压降大、导通损耗大。
双极型器件:由电子和空穴两种载流子参与导电的器件,如BJT;双极型器件中两种载流子都参与导电,具有通态压降小、导通损耗小的显著特点,多数属于电流控制型,其缺点是控制功率大、驱动电路较复杂、工作频率较低、有二次击穿问题等。
混合型器件:由单极型和双极型两种器件组成的复合器件,如IGBT。混合型器件又称复合型器件,综合了单极型和双极型各自的优点,利用双极型器件作为它的输出级,而利用单极性器件作为它的输入级。
什么是功率器件?

功率器件的特性
功率半导体器件是电力电子电路的重要组成部分,一个理想的功率半导体器件应该具有好的静态和动态特性, 在截止状态时能承受高电 压且漏电流要小;在导通状态时,能流过大电流和很低的管压降;在开关转换时,具有短的 开、关时间;通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。同时能承受高的 di/dt 和 du/dt 以及具 有全控功能。
什么是功率器件?

功率器件的选型
随着电子器件的发展和现代功率电子技术的成熟,新型功率半导体器件越采越多,在设计中应根据实际需要选择合适的功率器件。

1)在几百kV·A以上的大容量和超大容量的逆变电路中,开关器件主要以GT0为主,如高压直流输电、大型电机驱动、超大型UPS和大型化学电源,其容量都在几百kV·A以上。但是在某些工频场合下,有时也用SCR和TRIS,其中SCR主要还用于整流式电源设各。

2)在几kV·A到几百kV·A甚至上MV·A的中大容量的逆变器中,主开关器件将以IGBT为主,GTR虽然也已被广泛地应用,但是由于其具有驱动功耗大、开关速度慢和二次击穿问题等不足,因此将逐步被IGBT和其他新型开关器件所取代。这个容量等级的逆变器最多,应用也最普遍,如交流电机变频调速、UPS、逆变式弧焊电源、通信开关电源、有源滤波装置、感应加热等。这类逆变器的逆变频率一般为1OW、25kHz,电源的容量密度适中,比较理想,并且噪声也比较小。

3)在几kW以下的逆变电源中,主开关器件以VMOSFET为主,逆变频率为几十kHz至几百kHz,有的还高达1MHz以上。这类电源的容量密度高,噪声很小。如小型UPS、小型变频器、医用电源、照明、汽车、家用电器、小型开关电源、逆变器、电磁灶等。MOSFET属于单极型、电压驱动控制晶体管器件。当门控电压足够高时,器件完全导通,近似于闭合开关;当门控电压低于门阈值时,器件关断。它不但有自关断能力,而且有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点,常用于中低压场合。

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