功率电子器件概览
功率电子器件概览
一．整流二极管：
二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。目前比较多地使用如下三种选择：
1．高效快速恢复二极管。压降0.8-1.2v，适合小功率，12v左右电源。
2．高效超快速二极管。0.8-1.2v，适合小功率，12v左右电源。
3．肖特基势垒整流二极管sbd。0.4v，适合5v等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低（200v以下），反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。
目前sbd的研究前沿，已经超过1万伏。
二．大功率晶体管gtr
分为：
单管形式。电流系数：10-30。
双管形式——达林顿管。电流倍数：100-1000。饱和压降大，速度慢。下图虚线部分即是达林顿管。
图1-1：达林顿管应用
实际比较常用的是达林顿模块，它把gtr、续流二极管、辅助电路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中，比较多地使用了这种器件。图1-2是这种器件的内部典型结构。
图1-2：达林顿模块电路典型结构
两个二极管左侧是加速二极管，右侧为续流二极管。加速二极管的原理是引进了电流串联正反馈，达到加速的目的。
这种器件的制造水平是1800v/800a/2khz、600v/3a/100khz左右（参考）。
三．可控硅scr
可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的，但在常规工业控制的低压、中小电流控制中，已逐步被新型器件取代。
目前的研制水平在12kv/8000a左右（参考）。
由于可控硅换流电路复杂，逐步开发了门极关断晶闸管gto。制造水平达到8kv/8ka，频率为1khz左右。
无论是scr还是gto，控制电路都过于复杂，特别是需要庞大的吸收电路。而且，速度低，因此限制了它的应用范围拓宽。
集成门极换流晶闸管igct和mos关断晶闸管之类的器件在控制门极前使用了mos栅，从而达到硬关断能力。
四．功率mosfet
又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。
其特点是驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。
适合低压100v以下，是比较理想的器件。
目前的研制水平在1000v/65a左右（参考）。商业化的产品达到60v/200a/2mhz、500v/50a/100khz。是目前速度最快的功率器件。
五．igbt
又叫绝缘栅双极型晶体管。
这种器件的特点是集mosfet与gtr的优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高，电流大。
目前这种器件的两个方向：一是朝大功率，二是朝高速度发展。大功率igbt模块达到1200-1800a/1800-3300v的水平（参考）。速度在中等电压区域（370-600v），可达到150-180khz。
它的电流密度比mosfet大，芯片面积只有mosfet的40%。但速度比mosfet低。
尽管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂，但是mosfet和igbt，特别是igbt已经成为现代功率电子器件的主流。因此，我们下面的重点也是这两种器件。
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2．高效超快速二极管。0.8-1.2v，适合小功率，12v左右电源。
3．肖特基势垒整流二极管sbd。0.4v，适合5v等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低（200v以下），反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。
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分为：
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四．功率mosfet
又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。
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