开关电源功率半导体器件性能
mos管采用“超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率MOSFET。工作电压600V~800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体电子器件。
IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。
IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。
碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体电子元器件。
可以预见,碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。
开关电源功率半导体器件
功率MOSFET
1979年,功率MOSFET场效应晶体管问世。由于它的输入阻抗高、开关速度快和热稳定性好,可以完全代替功率晶体管GTR和中小电流的晶闸管 ,使电力电子电路如开关电源实现高频化成为可能。其电压电流定额已经达到了500V/240 A、1500V/200 A。功率MOSFET的特点是开关损耗小, 但是通态功耗大,而且功率MOSFET的击穿电压UB越高,通态电阻RDS(on)越大。
绝缘栅双极晶体管IGBT
1982年,B.J.Ba1iga将双极晶体管和功率MOSFET技术组合在一起,成功地开发出第-个绝缘栅双极晶体管,取名为IGT(Insulated Gate Transistor),后来国际电力电子界通称为GBT(Insu1ated Gate Bipo1ar Transistor)。它是将MOS门极(栅极)的优良输人特性和双极晶体管的 良好输出特性的功能集成在一起构成的。它的通态压降小、电流密度大,完全可以代替功率晶体管GTR和中小电流的晶问管,成为公认的最有发 展前景的一种电力电子半导体开关器件。
集成门极换流晶间管IGCT
集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutation Thyristor)是1977年出现的一种新型高电压大电流开关器件,简称IGCT。它利用功率 MOSFET的优点,将MOS技术与晶间管组合。它的损耗比可关断晶闸管GTO小,接线比GTO简单可靠,并可以采用风冷。现在已开始应用于中大型功 率的电力电子变频调速系统,如MW级的变频器、新型的静止式无功功率补偿装置等。
碳化硅功率半导体开关器件
碳化硅SiC(Si1icon Carbide)是功率半导体开关器件晶片的理想材料。其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)热稳定性好、通态电阻小 、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体开关器件。
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