功率半導(dǎo)體器件又被稱(chēng)為電力電子器件，是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，了解功率半導(dǎo)體有助于在電子電力技術(shù)方面的進(jìn)步。為增進(jìn)大家對(duì)功率半導(dǎo)體的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)功率半導(dǎo)體的工作原理以及功率半導(dǎo)體模塊的發(fā)展趨勢(shì)予以介紹。如果你對(duì)功率半導(dǎo)體具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、功率半導(dǎo)體工作原理

功率半導(dǎo)體是一類(lèi)能夠控制和調(diào)節(jié)大電流和高電壓的半導(dǎo)體器件。它可以將小信號(hào)控制電流或電壓轉(zhuǎn)換成大信號(hào)輸出，廣泛應(yīng)用于電力電子、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、新能源等領(lǐng)域。常見(jiàn)的功率半導(dǎo)體器件包括功率二極管、IGBT、MOSFET、GTO等。

功率半導(dǎo)體的工作原理可以分為三個(gè)階段：導(dǎo)通、截止和反向恢復(fù)。

在導(dǎo)通狀態(tài)下，當(dāng)控制信號(hào)輸入時(shí)，功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻將迅速降低，電流可以從其正極流向負(fù)極。在導(dǎo)通狀態(tài)下，功率半導(dǎo)體器件將消耗一定的功率，但是其導(dǎo)通電阻很小，因此可以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。

在截止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻將迅速上升，電流將停止流動(dòng)。在截止?fàn)顟B(tài)下，功率半導(dǎo)體器件的功率損耗很小，因此可以實(shí)現(xiàn)高效的能量控制。

在反向恢復(fù)過(guò)程中，當(dāng)功率半導(dǎo)體器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生反向恢復(fù)電荷和電壓，需要一定的時(shí)間才能消散。反向恢復(fù)時(shí)間取決于器件結(jié)構(gòu)和材料等因素，通常在幾十納秒到幾百納秒之間。反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)將導(dǎo)致器件開(kāi)關(guān)速度變慢，產(chǎn)生電磁干擾等問(wèn)題，因此要盡可能地縮短反向恢復(fù)時(shí)間。

功率半導(dǎo)體器件可以通過(guò)控制輸入信號(hào)的波形、幅值、頻率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、功率等方面的控制和調(diào)節(jié)。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，功率半導(dǎo)體器件有著各種各樣的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，例如功率二極管、IGBT、MOSFET、GTO等，以滿足不同的需求和應(yīng)用場(chǎng)景。

在電力電子應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和控制，例如直流電源的開(kāi)關(guān)電源、交流電源的調(diào)節(jié)、電機(jī)的控制和變頻等。在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)高精度的電流、電壓和功率調(diào)節(jié)，例如可編程邏輯控制器(PLC)和工業(yè)機(jī)器人等。在交通運(yùn)輸和新能源應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和控制，例如電動(dòng)汽車(chē)。

二、功率半導(dǎo)體模塊的發(fā)展趨勢(shì)

功率電子模塊的集成度。半導(dǎo)體模塊之間的差異，不僅僅體現(xiàn)在連接技術(shù)方面。另一個(gè)差別因素是附加有源和無(wú)源器件的集成度。根據(jù)集成度不同，可分為以下幾類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)模塊，智能功率模塊(ipm)，(集成)子系統(tǒng)。在ipm被廣泛使用(尤其在亞洲地區(qū))的同時(shí)，集成子系統(tǒng)的使用只剛剛起步。

1、智能功率模塊

智能功率模塊的特點(diǎn)在于除了功率半導(dǎo)體器件外，還有驅(qū)動(dòng)電路。許多ipm模塊也配備了溫度傳感器和電流平衡電路或用于電流測(cè)量的分流電阻。通常智能功率模塊也集成了額外保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，如過(guò)電流和短路保護(hù)，驅(qū)動(dòng)器電源電壓控制和直流母線電壓測(cè)量等。

然而，大部分智能功率模塊沒(méi)有對(duì)功率側(cè)的信號(hào)輸入進(jìn)行電氣隔離。只有極少數(shù)的ipm包含了一個(gè)集成光耦。另一種隔離方案是采用變壓器進(jìn)行隔離。

通常，小規(guī)模的ipm的特點(diǎn)在于其引線框架技術(shù)。穿孔銅板用作功率開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)ic的載體。通過(guò)一層薄薄的塑料或絕緣金屬板進(jìn)行散熱。

用于中高功率應(yīng)用的ipm模塊的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是將模塊分為兩個(gè)層次。功率半導(dǎo)體在底部，驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)電路在上部。本領(lǐng)域內(nèi)名氣最大的ipm是賽米控的skiip?，已面市超過(guò)了10年。這種無(wú)底板ipm系列產(chǎn)品的最大額定電流是2400a，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)功能，加上電流傳感器、電氣隔離和電源。這些模塊裝在風(fēng)冷或水冷冷卻器上，并在供貨前進(jìn)行全面的測(cè)試。

一個(gè)有趣的趨勢(shì)是將標(biāo)準(zhǔn)模塊升級(jí)為ipm?？芍苯踊蚴褂脦?qū)動(dòng)電路(通過(guò)彈簧連接)的適配器板來(lái)進(jìn)行升級(jí)。賽米控的skypertm驅(qū)動(dòng)器是這方面理想的產(chǎn)品。

2、集成子系統(tǒng)

所有這些ipm的共同點(diǎn)是真實(shí)的“智能”，即將設(shè)定點(diǎn)值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)脈沖序列的控制器不包含在模塊中。賽米控是250kw以下轉(zhuǎn)換器用集成子系統(tǒng)的核心制造商。skaitm模塊也是ipm，其特點(diǎn)是集成了dsp控制器，除脈寬調(diào)制外，還可進(jìn)行其它通信任務(wù)。這些子系統(tǒng)也包含集成直流環(huán)節(jié)電容器，一個(gè)輔助電源，精密電流傳感器和一個(gè)液體冷卻器。

以上就是小編這次想要和大家分享的有關(guān)的功率半導(dǎo)體的內(nèi)容，希望大家對(duì)本次分享的內(nèi)容已經(jīng)具有一定的了解。如果您想要看不同類(lèi)別的文章，可以在網(wǎng)頁(yè)頂部選擇相應(yīng)的頻道哦。