【干貨】一文看懂常用功率半導體的分類

電力電子技術的核心是電能的變換和控制，常見的有直流轉(zhuǎn)交流（逆變）、交流轉(zhuǎn)直流（整流）、變頻、變相等。在工程中拓展開來，變得五花八門，應用領域非常之廣，學電的小伙伴都很清楚。但是，千變?nèi)f化離不開其核心——功率電子器件；

【補充】半導體材料的發(fā)展：

第一代：Si、Ge等元素半導體材料，促進計算機及IT技術的發(fā)展，也是目前功率半導體器件的基礎材料；

第二代：GaAs、InP等化合物半導體材料，主要用于微波器件、射頻等光電子領域；

第三代：SiC、GaN等寬禁帶材料，未來在功率電子、射頻通信等領域非常有應用前景。

功率電子器件的應用：

• 不控器件：典型器件是電力二極管，主要應用于低頻整流電路；
• 半控器件：典型器件是晶閘管，又稱可控硅，廣泛應用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電路中，應用場景多為低頻；
• 全控器件：應用領域最廣，典型為GTO、GTR、IGBT、MOSFET，廣泛應用于工業(yè)、汽車、軌道牽引、家電等各個領域。

1. GTO：門極可關斷晶閘管
2. GTR：電力晶體管
3. IGBT：絕緣柵雙極性晶體管
4. MOSFET：金屬氧化物半導體場效應晶體管

汽車領域及大部分工業(yè)領域目前最常用的全控器件，全控器件的基本應用場景可以用下邊這張示意圖概括：

下邊是來歷！

上邊介紹的幾種全控器件，其中GTO是晶閘管的派生器件，主要應用在兆瓦級以上的大功率場合，咱們較少涉及，先討論另外幾種。

GTR（電力晶體管）：電路符號和普通的三極管一致，屬于電流控制功率器件，20世紀80年代以來在中小功率范圍內(nèi)逐漸取代GTO。GTR同學特點鮮明，耐高壓、大電流、飽和壓降低是其主要優(yōu)點；但是缺點也很明顯，驅(qū)動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞，驅(qū)動電流大直接決定其不適合高頻領域的應用。

MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）：顧名思義，電場控制是他與GTR最明顯的區(qū)別，特性是輸入阻抗大，驅(qū)動功率小，開關速度快，工作頻率高，是不是完美彌補了GTR的缺陷？那MOS能不能完全替代GTR呢？答案是不能，MOSFET典型參數(shù)是導通阻抗，直觀理解，耐壓做的越大，芯片越厚，導通電阻越大，電流能力就會降低，因此不能兼顧高壓和大電流就成了MOS同學的短板，但別忘了，這是GTR的長處呀！

于是，混血兒IGBT誕生了！

看他的簡化等效電路圖，是不是就明白什么了？

那么定義就來了，IGBT是以雙極型晶體管為主導元件，以MOSFET為驅(qū)動元件的達林頓結構，是不是很巧妙！再看他的名字“絕緣柵場效應晶體管”就很好記了。

IGBT特點：

• 損耗小，耐高壓，電流密度大，通態(tài)電壓低，安全工作區(qū)域?qū)?，耐沖擊；
• 開關頻率高，易并聯(lián)，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，輸入阻抗大，熱穩(wěn)定性好等；
• 應用領域正迅速擴大，逐步取代GTR、MOSFET的市場。

本文主要從宏觀上捋一捋功率半導體器件的架構，知識面比較淺顯，尚未深入，相信很多大神對文章的內(nèi)容相當熟悉了。作為一個電動汽車功率電子技術分享平臺，當然要隆重介紹IGBT的出場了對不對！

后邊還會對各種電動車上常用的功率器件、及第三代功率半導體器件展開討論，分享交流使用中的心得，應用場景涵蓋電機控制器（inverter、MCU、IPU、DCU等一堆小名）、OBC（車載充電機）、DCDC等。

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