【干貨】一文看懂常用功率半導(dǎo)體的分類

電力電子技術(shù)的核心是電能的變換和控制，常見(jiàn)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(kāi)來(lái)，變得五花八門，應(yīng)用領(lǐng)域非常之廣，學(xué)電的小伙伴都很清楚。但是，千變?nèi)f化離不開(kāi)其核心——功率電子器件；

【補(bǔ)充】半導(dǎo)體材料的發(fā)展：

第一代：Si、Ge等元素半導(dǎo)體材料，促進(jìn)計(jì)算機(jī)及IT技術(shù)的發(fā)展，也是目前功率半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料；

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

第三代：SiC、GaN等寬禁帶材料，未來(lái)在功率電子、射頻通信等領(lǐng)域非常有應(yīng)用前景。

功率電子器件的應(yīng)用：

• 不控器件：典型器件是電力二極管，主要應(yīng)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(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電路中，應(yīng)用場(chǎng)景多為低頻；
• 全控器件：應(yīng)用領(lǐng)域最廣，典型為GTO、GTR、IGBT、MOSFET，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、汽車、軌道牽引、家電等各個(gè)領(lǐng)域。

1. GTO：門極可關(guān)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

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

下邊是來(lái)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(yīng)用在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合，咱們較少涉及，先討論另外幾種。

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

MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）：顧名思義，電場(chǎng)控制是他與GTR最明顯的區(qū)別，特性是輸入阻抗大，驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，是不是完美彌補(bǔ)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(dǎo)通阻抗，直觀理解，耐壓做的越大，芯片越厚，導(dǎo)通電阻越大，電流能力就會(huì)降低，因此不能兼顧高壓和大電流就成了MOS同學(xué)的短板，但別忘了，這是GTR的長(zhǎng)處呀！

于是，混血兒IGBT誕生了！

看他的簡(jiǎn)化等效電路圖，是不是就明白什么了？

那么定義就來(lái)了，IGBT是以雙極型晶體管為主導(dǎo)元件，以MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，是不是很巧妙！再看他的名字“絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管”就很好記了。

IGBT特點(diǎn)：

• 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(kāi)關(guān)頻率高，易并聯(lián)，所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，輸入阻抗大，熱穩(wěn)定性好等；
• 應(yīng)用領(lǐng)域正迅速擴(kuò)大，逐步取代GTR、MOSFET的市場(chǎng)。

本文主要從宏觀上捋一捋功率半導(dǎo)體器件的架構(gòu)，知識(shí)面比較淺顯，尚未深入，相信很多大神對(duì)文章的內(nèi)容相當(dāng)熟悉了。作為一個(gè)電動(dòng)汽車功率電子技術(shù)分享平臺(tái)，當(dāng)然要隆重介紹IGBT的出場(chǎng)了對(duì)不對(duì)！

后邊還會(huì)對(duì)各種電動(dòng)車上常用的功率器件、及第三代功率半導(dǎo)體器件展開(kāi)討論，分享交流使用中的心得，應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋電機(jī)控制器（inverter、MCU、IPU、DCU等一堆小名）、OBC（車載充電機(jī)）、DCDC等。

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