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功率器件的种类与发展趋势

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:表3-1 按功率开关器件的功能分类主要的功率开关器件的发展概况如图3-14所示,晶闸管作为电力半导体器件,取代了以前的汞弧整流器,朝着耐高压、大功率的领域发展,作为高压电力半导体器件,进一步向光触发晶闸管和通断可控的GTO晶闸管等分支领域扩展。一般认为,功率开关器件今后发展方向是高性能化和系统化。图3-14 功率开关器件的发展概括图3-15给出了各种类型器件的开关频率和变流器容量。图3-15 功率开关器件的适用领域

功率器件的种类与发展趋势

如果按主电路中使用的功率开关器件的功能进行分类,则见表3-1。然而表中仅给出了具有代表性的开关器件,而没有列出所有的器件。例如有电流方向是单方向的器件,即施加正向电压,就会导通的二极管;有施加正向电压,再加上控制信号器件就会导通,并且一旦导通,即使撤去控制信号仍然导通的晶闸管;有根据控制信号既可以导通也可以关断的器件,如双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor,MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insula-ted Gate Bipolar Transistor,IGBT)、门极关断晶闸管(Gate Turn Off Thyristor,GTO晶闸管)。

表3-1 按功率开关器件的功能分类

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主要的功率开关器件的发展概况如图3-14所示,晶闸管作为电力半导体器件,取代了以前的汞弧整流器,朝着耐高压、大功率的领域发展,作为高压电力半导体器件,进一步向光触发晶闸管和通断可控的GTO晶闸管等分支领域扩展。另一方面,在20世纪70年代研制出的代替三极真空管的通断可控的双极型晶体管(BJT),它适用于中、小容量的电力变换装置。随后,成功研制了应用于电力行业的功率MOSFET(这里简称MOSFET)。到了20世纪80年代,又研制出MOS FET和功率双极型晶体管复合的IGBT,从此,出现了具有大容量和高速开关特性双重优点的电力半导体器件。

功率开关器件并没有仅仅停留在提高性能上,而是朝着追求使用方便的方向发展,现在已经开发了把保护电路、驱动电路集成在一起模块化电力IC、智能功率模块(Intelligent Power Module,IPM)。一般认为,功率开关器件今后发展方向是高性能化和系统化。

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图3-14 功率开关器件的发展概括

图3-15给出了各种类型器件的开关频率和变流器容量。晶闸管适用于开关速度较低,容量为数十兆伏安的大功率装置。MOSFET适用于开关频率为20kHz以上的高频领域,数千伏安以下的装置。IGBT是具备高速开关频率和大容量的器件,并且其应用领域不断扩大,现已扩大到以前晶闸管和GTO晶闸管所适用的数兆伏安的大容量领域。

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图3-15 功率开关器件的适用领域

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