MOSFET是一种应用在模拟电路与数字电路的场效晶体管

MOSFET是一种应用在模拟电路与数字电路的场效晶体管,第1张

MOSFET全称Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,中文名为金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管或MOS管,是一种可以使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。

功率MOSFET则指处于功率输出级MOSFET器件,通常工作电流大于1A。由于功率器件的分类方式多样,且各分类方式的分类逻辑并不存在上下包含的关系,因此在这里我们从驱动方式、可控性、载流子类型这三个分类维度将功率MOSFET定义为电压驱动的全控式单极型功率器件。

由于功率MOSFET往往追求高频率与低功耗,且多用作开关器件,因此N沟道增强型是大多数功率MOSFET的选择。功率MOSFET自1976年诞生以来,不断面对着社会电气化程度的提 高所带来的对于功率半导体的更高性能需求。对于功率MOSFET而言,主要的性能提 升方向包括三个方面:更高的频率、更高的输出功率以及更低的功耗。

为了实现更高的性能指标,功率MOSFET主要经历了制程缩小、技 术变化、工艺进步与材料迭代这4个层次的演进过程,其中由于功率MOSFET更需要功率处理能力而非运算速度,因此制程缩小这一层次的演进已在2000年左右基本上终结了,但其他的3个层次的演进仍在帮助功率MOSFET不断追求着更高的功率密度与更低的功耗。

在知道大功率器件之前,我们要先知道功率器件是什么意思,功率器件是电子元件和电子器件的总称,是电子装置中,电能转换与电路控制的核心,它利用半导体单向导电的特性改变电子装置中电压、频率、相位和直流交流转换等的功能。

而大功率器件一般是指电压等级在1200V以上,电流在300A以上,输出功率比较大的电子元器件。典型的大功率器件包括大功率二极管、晶闸管SCR、双极型功率晶体管IGBT、功率晶体管GTR、IGCT、GTO、ETO、SIT等,900V以上的mosfet也可称为大功率器件,但是要看相应的电流等级。

其中,IGCT是在晶闸管技术的基础上结合IGBT和GTO等技术开发的新型器件,适用于高压大容量变频系统中,是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。

IGCT是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起,再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接,结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能,关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT芯片在不串不并的情况下,二电平逆变器功率0.5~3MW,三电平逆变器1~6MW;若反向二极管分离,不与IGCT集成在一起,二电平逆变器功率可扩至4/5MW,三电平扩至9MW。

这些器件基本上是以硅材料为基础,经过不同的工艺生产条件生产出来,按照其功能也有所分类:

1. 按照导通、关断的受控情况可分为不可控、半控和全控型功率器件,全控型如IGBT、IGCT、ETO等,就是通过门极可以控制器件的开通与关断,半控型器件的代表就是晶闸管,只能控制开通,而不能控制关断;

2. 按照载流子导电情况可分为双极型、单极型和复合型功率器件;

3. 按照控制信号情况,可以分为电流驱动型和电压驱动型功率器件。

根据它们的这些结构和特点应用领域也不完全相同,主要由电子元件业、半导体分立器件和集成电路业等部分组成。功率电子器件被广泛应用于电源,伺服驱动,变频器,电机保护器等功率电子设备主要得益于它们的自身优势:

1、器件能够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。

2、通态压降降低。

3、电流控制能力增大。

4、额定电压耐压高。

5、温度与功耗。

随着技术的不断进步,功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起,功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。随着科技的发展,今后对于半导体的产品应用还会产生哪些变化,或者是衍生出哪些新型的元器件都未可知,值得期待。

分类: 教育/科学 >>科学技术 >>工程技术科学

解析:

“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。

在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。

“power”这个词可译为动力、能源、功率等,而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展,“power”的翻译发生了变化。

从上世纪六七十年代至八十年代初,功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电,以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等,这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此,当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件,而是译为电力电子器件,并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学,而是译为电力电子技术。与此同时,与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会,而中国电子学会并没有与之相应的分学会;其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部,这些都是顺理成章的。实际上从直译看,国外并无与电力电子相对应的专业名词,即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外,当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路,并不归属于电力电子行业,而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。

20世纪80年代以后,功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET,常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC,常简写为PIC)为主。

这一转变的主要原因是,这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作,而电路在高频工作时能更节能、节材,能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip,简写PSOC),它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上,使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能,其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。


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