常見的功率半導體器件有哪些?

2021-01-15 OFweek維科網

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用於改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。按照分類來看，功率半導體可以分為功率IC和功率分立器件兩大類，其中功率分立器件主要包括二極體、晶閘管、電晶體等產品。

近年來，功率半導體的應用領域已從工業控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網、變頻家電等諸多市場，市場規模呈現穩健增長態勢。目前國內功率半導體產業鏈正在日趨完善，技術也正在取得突破。同時，中國也是全球最大的功率半導體消費國，2019年市場需求規模達到約144億美元，增速約為4％，佔全球需求比例高達35％。本文將重點針對常見的幾種功率半導體進行介紹。

1、MCT（MOSControlledThyristor）：MOS控制晶閘管

MCT是一種新型MOS與雙極複合型器件。如圖所示。MCT是將MOSFET的高阻抗、低驅動圖MCT的功率、快開關速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結合在一起，形成大功率、高壓、快速全控型器件。實質上MCT是一個MOS門極控制的晶閘管。它可在門極上加一窄脈衝使其導通或關斷，它由無數單胞並聯而成。

2、IGCT（IntergratedGateCommutatedThyristors）

IGCT是在晶閘管技術的基礎上結合IGBT和GTO等技術開發的新型器件，適用於高壓大容量變頻系統中，是一種用於巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。

IGCT是將GTO晶片與反並聯二極體和門極驅動電路集成在一起，再與其門極驅動器在外圍以低電感方式連接，結合了電晶體的穩定關斷能力和晶閘管低通態損耗的優點。在導通階段發揮晶閘管的性能，關斷階段呈現電晶體的特性。IGCT晶片在不串不並的情況下，二電平逆變器功率0．5～3MW，三電平逆變器1～6MW；若反向二極體分離，不與IGCT集成在一起，二電平逆變器功率可擴至4／5MW，三電平擴至9MW。

目前，IGCT已經商品化，ABB公司製造的IGCT產品的最高性能參數為4［1］5kV／4kA，最高研製水平為6kV／4kA。1998年，日本三菱公司也開發了直徑為88mm的GCT的晶閘管IGCT損耗低、開關快速等優點保證了它能可靠、高效率地用於300kW～10MW變流器，而不需要串聯和並聯。

3、IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor）電子注入增強柵電晶體

IEGT是耐壓達4kV以上的IGBT系列電力電子器件，通過採取增強注入的結構實現了低通態電壓，使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發展。IEGT具有作為MOS系列電力電子器件的潛在發展前景，具有低損耗、高速動作、高耐壓、有源柵驅動智能化等特點，以及採用溝槽結構和多晶片並聯而自均流的特性，使其在進一步擴大電流容量方面頗具潛力。另外，通過模塊封裝方式還可提供眾多派生產品，在大、中容量變換器應用中被寄予厚望。日本東芝開發的IECT利用了電子注入增強效應，使之兼有IGBT和GTO兩者的優點：低飽和壓降，安全工作區（吸收回路容量僅為GTO的十分之一左右），低柵極驅動功率（比GTO低兩個數量級）和較高的工作頻率。器件採用平板壓接式電機引出結構，可靠性高，性能已經達到4．5kV／1500A的水平。

4、IPEM（IntergratedPowerElactronicsModules）：集成電力電子模塊

IPEM是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導體器件MOSFET，IGBT或MCT與二極體的晶片封裝在一起組成一個積木單元，然後將這些積木單元迭裝到開孔的高電導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，則通過表面貼裝將控制電路、門極驅動、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。IPEM實現了電力電子技術的智能化和模塊化，大大降低了電路接線電感、系統噪聲和寄生振蕩，提高了系統效率及可靠性。

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