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电力电子技术的新动向

EDN China?? 2003年08月12日 ?? 收藏0

型场效应管内阻和电容,而其垂直沟道也减少了占有面积。

??????? 对IGBT来说,由于注入了少子,相应也就减慢了开关速度。当然,我们也可以使它更接近于MOSFET而减少少数载流子的堆积。同时也常用减少少子寿命的办法来加快IGBT的工作速度。不同代的IGBT即源于此。但少子寿命降低倒过来又会影响正向压降。

??????? 在逆变工作时,经常需续流二极管同时工作。这种二极管不仅要求速度快,而且要求恢复特性软,以免因寄生电感引起高压而损坏主器件。快恢复二极管通常用外延片做,故称FRED(快恢复外延二极管)。在应用中,有时也用肖特基二极管来和功率MOSFET搭配。肖特基二极管的正向特性很好,这是由于肖特基二极管是金属半导体结,所以理论上不存在少数载流子的恢复时间。但肖特基二极管的缺点是:当施加反向电压时,往往漏电很大,耐不住高压。

??????? 为了满足耐高压的需要,

一种新型的耐高反压的快恢复外延二极管应运而生。它是在肖特基二极管的基础上,加上密集的PN结小原胞。在正向时,它有肖特基二极管的低压降特性,而反向时,PN结空间电荷层展开,耐受住了高压。它的恢复特性快而且也很软。这种元件在IR公司被称为HEXFRED,因为它的原胞具有六边形(HEX)结构,因而得名。

??????? 就像MOSFET有带智能的SMARTFET一样,IGBT也有一种叫智能功率模块(IPM)它比IGBT更带有自保护功能,甚至把CIC也装在里边。但它不是单片器件,而是模块。在中小功率应用时,也可以发展其他封装型式来代替模块。IR公司发展的COPACK,就是把IGBT与HEXFRED塑封在同一个封装内,成本当然比模块便宜。目前塑封封装已可容纳最大的IGBT芯片(如SMD-10)。近来IR公司还推出一些品种采用SIP或ISOTOP的封装,是一种介于塑封和模块之间的包装。

??????? (IV)第四部分称为输出整流。它们一般是低压的,并且要求速度快。肖特基二极管是最常用的一种。前面已经说过,新一代的MOSFET具有最佳的通态电阻。所以在应用中有同步整流的概念(见图四),MOSFET被用作最理想的整流元件。肖特基二极管和MOSFET都可以做成模块,供大电流应用。

在应用中有同步整流的概念

???????上面已提到的一种新的组合器件称为FETKY,是把肖特基二极管和第五代的HEXFET组合在SO-8的封装内(4mmX5mm,8脚)。体积可缩小66%。它可用于降压调节器中,把DC12V降为5V或3.3V。也可用于同步整流器中,电流可达6.4A。也可用作电池转换开关。这种元件在便携式电器中,就显得更为重要。(见图五)

用于同步整流器中

??????? 三.?新型功率半导体器件大大

??????? 拓宽了应用领域?正因为MOS器件的发展,因而使应用的覆盖范围有了根本的变化。过去认为功率变换技术主要用于工业控制,人们的兴趣也多在大型电机、电解、牵引等方面的应用。现在由于MOS器件的加入,中小功率的应用有了迅速发展。过去认为节约能量只对功率很大的工业控制才重要,现在理解到对量大面广的日用电器节能也十分重要。单个日用电器虽然用电不多,但因为量大,对全国而言节电是非常可观的。每个家庭也因此可节省许多电费,如家庭中耗电最大的空调、冰箱、照明等等。节能甚至对功率很小的便携式电器更为重要,因为它大大延长了电池的使用时间。在便携式电器(所谓Portable Electronics)中,由于采用新一代MOSFET,其电池的使用寿命可增加1-4倍。这当然是十分吸引人的事。

???????目前功率晶体管 (MOS晶体管及IGBT已成为功率晶体管的主体)大约平均地用于下述五个方面:即工业控制、日用电器、通讯、便携式电器(包括电脑)及汽车电子。功率晶体管能长期维持相当高的增长率,其应用均匀 分布于各个方面是一个重要原因。因此不会因为某一市场的萎缩,而影响其发展。何况,上述五个方面都是当今最吸引人的方向。

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电力电子? 电源? 功率?

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