Будучи наиболее фундаментальными строительными блоками электронных систем, полупроводниковые силовые устройства играют решающую роль в различных отраслях, включая автомобильную электронику, бытовую электронику, сетевые коммуникации, электронное оборудование, аэрокосмическую, военную технику, приборостроение, промышленную автоматизацию и медицинскую электронику. В этой статье Чэндасин представит определение и классификацию силовых устройств.
Как определяются дискретные силовые полупроводниковые устройства?
Силовые полупроводниковые дискретные устройства (силовые электронные устройства), также известные как устройства силовой электроники, относятся к электронным устройствам, которые можно непосредственно использовать в главных цепях для обработки электрической энергии, тем самым обеспечивая преобразование мощности или управление. Их функции в первую очередь подразделяются на преобразование мощности, усиление мощности, переключение мощности, защиту цепи и выпрямление.
Силовые полупроводниковые дискретные устройства можно разделить на две основные категории: силовые полупроводниковые дискретные устройства (включая силовые модули) и силовые полупроводниковые интегральные схемы (силовые ИС). Среди них силовые полупроводниковые дискретные устройства относятся к полупроводниковым устройствам, предназначенным для выполнения определенной базовой функции и не подлежащим дальнейшему функциональному подразделению.
В 1957 году компания General Electric (GE) в США разработала первый в мире тиристор промышленного-класса, ознаменовав рождение полупроводниковых приборов дискретной мощности. Разработка дискретных силовых полупроводниковых устройств прошла первый этап, сосредоточенный на тиристорах, второй этап, представленный МОП-транзисторами и IGBT, и теперь вступает в новый этап, сосредоточенный на широкозонных полупроводниковых устройствах.
Как классифицируются дискретные силовые полупроводниковые устройства?
По конструкции устройства их подразделяют на диоды, силовые транзисторы, тиристоры и другие. Среди них силовые транзисторы подразделяются на биполярные транзисторы (BJT), переходные полевые-транзисторы (JFET), металлические-оксидные-полупроводниковые полевые-транзисторы (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным-затвором (IGBT).
В зависимости от мощности они подразделяются на дискретные полупроводниковые устройства низкого-напряжения и малой-мощности; дискретные полупроводниковые приборы средней-мощности; дискретные полупроводниковые приборы большой-мощности; и дискретные полупроводниковые устройства высокого-напряжения и сверх-высокой-мощности.
В зависимости от характера сигнала, подаваемого между клеммой управления и общей клеммой цепью управления (исключая силовые диоды), их можно разделить на типы,-управляемые по току и-управляемые по напряжению.
Управляемые током-: силовые полупроводниковые дискретные устройства, которые выключаются путем подачи или снятия тока с клеммы управления.
Управляемые напряжением-: силовые полупроводниковые устройства, которые включаются или выключаются путем подачи определенного сигнала напряжения между клеммой управления и общей клеммой.
В зависимости от степени, в которой сигнал схемы управления управляет устройством, их можно разделить на неуправляемые, полу-управляемые и полностью управляемые.
Неуправляемые устройства: Силовые полупроводниковые дискретные устройства, состояния включения/выключения которых не могут контролироваться управляющим сигналом; Типичные устройства включают силовые диоды.
Полу-управляемые устройства: силовые устройства, проводимость которых можно контролировать с помощью управляющего сигнала, но выключение которых-не контролируется; Типичные устройства включают тиристоры и большинство их производных устройств.
Полностью управляемые устройства: дискретные силовые полупроводниковые устройства, в которых сигналы управления могут регулировать как включение-включение, так и-выключение; Типичные устройства включают биполярные транзисторы с -затвором (IGBT), силовые полевые-транзисторы (FET) и тиристоры с затвором-выключателем-затвором;
В зависимости от участия двух типов носителей заряда-электронов и дырок- в проводимости устройства силовые полупроводниковые дискретные устройства можно разделить на униполярные устройства, биполярные устройства и составные устройства.
Униполярные устройства: Силовые полупроводниковые дискретные устройства, в которых в проводимости участвует только один тип носителей заряда (электроны или дырки);
Биполярные устройства: силовые полупроводниковые дискретные устройства, в которых в проводимости участвуют как электроны, так и дырки;
Композитные устройства: дискретные силовые полупроводниковые устройства, образованные путем интеграции униполярных и биполярных устройств;
В зависимости от материалов подложек, используемых в силовых полупроводниковых устройствах, существующие дискретные силовые полупроводниковые устройства можно разделить на три поколения:
Полупроводниковые материалы первого-поколения в основном представлены германием (первые продукты, сейчас встречаются редко) и кремнием.
Полупроводниковые материалы второго-поколения в основном представляют собой сложные полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP).
Полупроводниковые материалы-третьего поколения – это в основном полупроводниковые материалы с широкой-зонной зоной, такие как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN).