Jako najbardziej podstawowe elementy składowe systemów elektronicznych, półprzewodnikowe urządzenia zasilające odgrywają kluczową rolę w różnych gałęziach przemysłu, w tym w elektronice samochodowej, elektronice użytkowej, komunikacji sieciowej, sprzęcie elektronicznym, przemyśle lotniczym, sprzęcie wojskowym, oprzyrządowaniu, automatyce przemysłowej i elektronice medycznej. W tym artykule Chendaxing przedstawi definicję i klasyfikację urządzeń elektroenergetycznych.
Jak definiuje się dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy?
Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy (urządzenia elektroniczne mocy), znane również jako urządzenia energoelektroniczne, odnoszą się do urządzeń elektronicznych, które można bezpośrednio wykorzystać w obwodach głównych do przetwarzania energii elektrycznej, uzyskując w ten sposób konwersję lub kontrolę mocy. Ich funkcje dzielą się głównie na konwersję mocy, wzmacnianie mocy, przełączanie mocy, ochronę obwodów i prostowanie.
Dyskretne półprzewodnikowe urządzenia mocy można ogólnie podzielić na dwie główne kategorie: dyskretne półprzewodnikowe urządzenia mocy (w tym moduły mocy) i półprzewodnikowe układy scalone mocy (układy scalone mocy). Wśród nich dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy odnoszą się do urządzeń półprzewodnikowych zaprojektowanych do wykonywania określonej podstawowej funkcji i których nie można dalej dzielić funkcjonalnie.
W 1957 roku firma General Electric (GE) w Stanach Zjednoczonych opracowała pierwszy na świecie tyrystor-klasy przemysłowej, co oznaczało narodziny dyskretnych półprzewodnikowych urządzeń mocy. Rozwój dyskretnych urządzeń półprzewodnikowych mocy przeszedł pierwszy etap skupiony na tyrystorach, drugi etap reprezentowany przez tranzystory MOSFET i IGBT, a obecnie wkracza w nowy etap skupiający się na urządzeniach półprzewodnikowych-z szeroką przerwą wzbronioną.
Jak klasyfikowane są dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy?
Ze względu na budowę urządzeń dzieli się je na diody, tranzystory mocy, tyrystory i inne. Tranzystory mocy dzielą się między innymi na bipolarne tranzystory złączowe (BJT), tranzystory z efektami-złączowymi (JFET), tranzystory polowe-tlenkowe-półprzewodnikowe-(MOSFET) i tranzystory bipolarne z izolowaną-bramką (IGBT).
Na podstawie możliwości przenoszenia mocy dzieli się je na dyskretne urządzenia półprzewodnikowe niskiego-napięcia i{1}}małej mocy; dyskretne urządzenia półprzewodnikowe średniej-mocy; dyskretne urządzenia półprzewodnikowe dużej-mocy; oraz dyskretne urządzenia półprzewodnikowe wysokiego-napięcia i ultra-wysokiej-mocy.
W oparciu o charakter sygnału podawanego pomiędzy zaciskiem sterującym a zaciskiem wspólnym przez obwód napędowy (z wyłączeniem diod mocy), można je podzielić na typy sterowane prądem-i napięciem-.
Napędzane prądem-: dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy, które są wyłączane przez podanie lub pobranie prądu z terminala sterującego.
Napędzane-napięciem: urządzenia półprzewodnikowe mocy, które są włączane i wyłączane poprzez podanie określonego sygnału napięciowego pomiędzy zaciskiem sterującym a zaciskiem wspólnym.
Na podstawie stopnia, w jakim sygnał obwodu sterującego steruje urządzeniem, można je sklasyfikować jako niekontrolowane, pół-sterowane i w pełni kontrolowane.
Urządzenia niekontrolowane: dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy, których stany włączenia/wyłączenia nie mogą być kontrolowane za pomocą sygnału sterującego; reprezentatywne urządzenia obejmują diody mocy.
Urządzenia pół{0}}sterowane: urządzenia mocy, których przewodzenie może być kontrolowane za pomocą sygnału sterującego, ale których wyłączenie-nie podlega kontroli; reprezentatywne urządzenia obejmują tyrystory i większość ich urządzeń pochodnych.
Urządzenia w pełni kontrolowane: dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy, w których sygnały sterujące mogą regulować zarówno-włączanie, jak i wyłączanie-; reprezentatywne urządzenia obejmują tranzystory bipolarne z izolowaną-bramką (IGBT), tranzystory-z efektem pola mocy (FET) i tyrystory-bramkowe-wyłączające;
W oparciu o udział dwóch typów nośników ładunku-elektronów i dziur-w przewodzeniu urządzenia, dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy można podzielić na urządzenia jednobiegunowe, urządzenia bipolarne i urządzenia złożone.
Urządzenia jednobiegunowe: dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy, w których w przewodzeniu uczestniczy tylko jeden rodzaj nośnika ładunku (elektrony lub dziury);
Urządzenia bipolarne: dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy, w których w przewodzeniu uczestniczą zarówno elektrony, jak i dziury;
Urządzenia kompozytowe: Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe mocy utworzone przez integrację urządzeń jednobiegunowych i bipolarnych;
W oparciu o materiały podłoża stosowane w półprzewodnikach mocy, istniejące dyskretne półprzewodniki mocy można podzielić na trzy generacje:
Materiały półprzewodnikowe pierwszej-generacji są reprezentowane głównie przez german (wczesne produkty, obecnie rzadkie) i krzem.
Materiały półprzewodnikowe-drugiej generacji to przede wszystkim złożone materiały półprzewodnikowe, takie jak arsenek galu (GaAs) i fosforek indu (InP).
Materiały półprzewodnikowe-trzeciej generacji to przede wszystkim materiały półprzewodnikowe-o szerokim pasmie wzbronionym, takie jak węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN).