電力電子器件以及分類(lèi)解析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2021-06-24
電力電子器件（Power Electronic Device）又稱(chēng)為功率半導體器件，主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件（通常指電流為數十至數千安，電壓為數百伏以上）。
功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè),包括計算機領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設;網(wǎng)絡(luò )通信領(lǐng)域的手機、電話(huà)以及其它各種終端和局端設備;消費電子領(lǐng)域的傳統黑白家電和各種數碼產(chǎn)品;工業(yè)控制類(lèi)中的工業(yè)PC、各類(lèi)儀器儀表和各類(lèi)控制設備等。
除了保證這些設備的正常運行以外，功率器件還能起到有效的節能作用。由于電子產(chǎn)品的需求以及能效要求的不斷提高，中國功率器件市場(chǎng)一直保持較快的發(fā)展速度。
20世紀50年代，電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管，因其工作可靠、壽命長(cháng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快，而在電力電子電路中得到廣泛應用。
70年代初期，已逐步取代了汞弧閘流管。80年代，普通晶閘管的開(kāi)關(guān)電流已達數千安，能承受的正、反向工作電壓達數千伏。
在此基礎上，為適應電力電子技術(shù)發(fā)展的需要，又開(kāi)發(fā)出門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管等一系列派生器件，以及單極型MOS功率場(chǎng)效應晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件。
各種電力電子器件均具有導通和阻斷兩種工作特性。功率二極管是二端(陰極和陽(yáng)極)器件，其器件電流由伏安特性決定，除了改變加在二端間的電壓外，無(wú)法控制其陽(yáng)極電流，故稱(chēng)不可控器件。
普通晶閘管是三端器件，其門(mén)極信號能控制元件的導通，但不能控制其關(guān)斷，稱(chēng)半控型器件。可關(guān)斷晶閘管、功率晶體管等器件，其門(mén)極信號既能控制器件的導通，又能控制其關(guān)斷，稱(chēng)全控型器件。
后兩類(lèi)器件控制靈活，電路簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)速度快，廣泛應用于整流、逆變、斬波電路中，是電動(dòng)機調速、發(fā)電機勵磁、感應加熱、電鍍、電解電源、直接輸電等電力電子裝置中的核心部件。
這些器件構成裝置不僅體積小、工作可靠，而且節能效果十分明顯(一般可節電10%～40%)。
單個(gè)電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的，能通過(guò)的電流大小也是一定的。因此，由單個(gè)電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制。
所以，在實(shí)用中多用幾個(gè)電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件，其耐壓和通流的能力可以成倍地提高，從而可極大地增加電力電子裝置的容量。
器件串聯(lián)時(shí)，希望各元件能承受同樣的正、反向電壓；并聯(lián)時(shí)則希望各元件能分擔同樣的電流。但由于器件的個(gè)異性，串、并聯(lián)時(shí)，各器件并不能完全均勻地分擔電壓和電流。
所以，在電力電子器件串聯(lián)時(shí)，要采取均壓措施；在并聯(lián)時(shí)，要采取均流措施。
電力電子器件工作時(shí)，會(huì )因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫。器件溫度過(guò)高將縮短壽命，甚至燒毀，這是限制電力電子器件電流、電壓容量的主要原因。
為此，必須考慮器件的冷卻問(wèn)題。常用冷卻方式有自冷式、風(fēng)冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸發(fā)冷卻式等。
按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度分類(lèi)：
1.半控型器件，例如晶閘管；
2.全控型器件，例如GTO（門(mén)極可關(guān)斷晶閘管）、GTR（電力晶體管），Power MOSFET（電力場(chǎng)效應晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）；
3.不可控器件，例如電力二極管。
按照驅動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)分類(lèi)：
1.電壓驅動(dòng)型器件，例如IGBT、Power MOSFET、SITH（靜電感應晶閘管）；
2.電流驅動(dòng)型器件，例如晶閘管、GTO、GTR。
根據驅動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號波形分類(lèi)：
1.脈沖觸發(fā)型，例如晶閘管、GTO；
2.電子控制型，例如GTR、PowerMOSFET、IGBT。
按照電力電子器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分類(lèi)：
1.雙極型器件，例如電力二極管、晶閘管、GTO、GTR；
2.單極型器件，例如PowerMOSFET、SIT、肖特基勢壘二極管；
3.復合型器件，例如MCT（MOS控制晶閘管）、IGBT、SITH和IGCT。
電力二極管：結構和原理簡(jiǎn)單，工作可靠；
晶閘管：承受電壓和電流容量在所有器件中最高
IGBT：開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅動(dòng)，驅動(dòng)功率小；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO
GTR：耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低；缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅動(dòng)，所需驅動(dòng)功率大，驅動(dòng)電路復雜，存在二次擊穿問(wèn)題
GTO：電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導調制效應，其通流能力很強；缺點(diǎn)：電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門(mén)極負脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅動(dòng)功率大，驅動(dòng)電路復雜，開(kāi)關(guān)頻率低
電力MOSFET：開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩定性好，所需驅動(dòng)功率小且驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題；缺點(diǎn)：電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。
制約因素：耐壓，電流容量，開(kāi)關(guān)的速度。
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