Som de mest grundläggande byggstenarna i elektroniska system spelar halvledarkraftenheter en avgörande roll i olika industrier, inklusive fordonselektronik, konsumentelektronik, nätverkskommunikation, elektronisk utrustning, flyg, militärutrustning, instrumentering, industriell automation och medicinsk elektronik. I den här artikeln kommer Chendaxing att introducera definitionen och klassificeringen av kraftenheter.
Hur definieras diskreta krafthalvledarenheter?
Diskreta krafthalvledarenheter (Power Electronic Devices), även känd som kraftelektronikenheter, hänvisar till elektroniska enheter som direkt kan användas i huvudkretsar för att bearbeta elektrisk energi och därigenom uppnå effektomvandling eller styrning. Deras funktioner är främst kategoriserade i effektomvandling, effektförstärkning, strömomkoppling, kretsskydd och likriktning.
Diskreta effekthalvledarenheter kan grovt klassificeras i två huvudkategorier: diskreta effekthalvledarenheter (inklusive effektmoduler) och krafthalvledarintegrerade kretsar (Power ICs). Bland dessa hänvisar diskreta effekthalvledarenheter till halvledarenheter utformade för att utföra en specifik grundläggande funktion och kan inte delas upp ytterligare funktionellt.
1957 utvecklade General Electric (GE) i USA världens första industriella-tyristor, vilket markerade födelsen av diskreta krafthalvledarenheter. Utvecklingen av diskreta krafthalvledarenheter har gått igenom ett första steg centrerat på tyristorer, ett andra steg representerat av MOSFET:er och IGBT:er, och går nu in i ett nytt stadium centrerat på halvledarenheter med breda-bandgap.
Hur klassificeras diskreta krafthalvledarenheter?
Baserat på enhetsstruktur klassificeras de i dioder, krafttransistorer, tyristorer och andra. Bland dessa är effekttransistorer ytterligare uppdelade i bipolära förbindelsetransistorer (BJT), kopplingsfält-effekttransistorer (JFET), metall-oxid-halvledarfält-effekttransistorer (MOSFET) och isolerade-gate bipolära transistorer (IGBT).
Baserat på effekthanteringskapacitet klassificeras de i diskreta halvledarenheter med låg-spänning och låg-effekt; diskreta halvledarenheter med medel-effekt; diskreta halvledarenheter med hög-effekt; och diskreta halvledarenheter med hög-spänning och ultra-hög-effekt.
Baserat på typen av signal som appliceras mellan styrterminalen och den gemensamma terminalen av drivkretsen (exklusive effektdioder), kan de klassificeras i ström-driven och spänningsdriven-typ.
Strömdriven-: Driv halvledardiskreta enheter som stängs av genom att injicera eller extrahera ström från kontrollterminalen.
Spänningsdriven-: Ström halvledarenheter som slås på eller av genom att applicera en specifik spänningssignal mellan kontrollterminalen och den gemensamma terminalen.
Baserat på i vilken grad styrkretssignalen styr enheten kan de klassificeras som okontrollerade, semi-kontrollerade och helt kontrollerade.
Okontrollerade enheter: Diskreta halvledarenheter vars på/av-tillstånd inte kan styras av en styrsignal; representativa enheter inkluderar effektdioder.
Halv-kontrollerade enheter: Strömenheter vars ledning kan styras av en styrsignal men vars avstängning- inte kan kontrolleras; representativa enheter inkluderar tyristorer och de flesta av deras härledda enheter.
Fullt kontrollerade enheter: Diskreta krafthalvledarenheter där styrsignaler kan reglera både -på och -av; representativa enheter inkluderar isolerade-gate bipolära transistorer (IGBT), effektfälts-effekttransistorer (FET) och gate-avstängnings-tyristorer;
Baserat på involveringen av de två typerna av laddningsbärare-elektroner och hål-i enhetens ledning, kan diskreta krafthalvledarenheter klassificeras i unipolära enheter, bipolära enheter och sammansatta enheter.
Unipolära enheter: Diskreta krafthalvledarenheter där endast en typ av laddningsbärare (elektroner eller hål) deltar i ledningen;
Bipolära enheter: Diskreta krafthalvledarenheter där både elektroner och hål deltar i ledningen;
Kompositenheter: Diskreta krafthalvledarenheter bildade av integrering av unipolära och bipolära enheter;
Baserat på substratmaterialen som används i krafthalvledarenheter kan befintliga diskreta effekthalvledarenheter klassificeras i tre generationer:
Första-generationens halvledarmaterial representeras främst av germanium (tidiga produkter, nu ovanliga) och kisel.
Andra-generationens halvledarmaterial är i första hand sammansatta halvledarmaterial, som galliumarsenid (GaAs) och indiumfosfid (InP).
Tredje-generationens halvledarmaterial är främst halvledarmaterial med breda-bandgap, som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN).