功率半導體器件又被稱為電力電子器件，是電力電子技術的基礎，了解功率半導體有助于在電子電力技術方面的進步。為增進大家對功率半導體的認識，本文將對功率半導體的工作原理以及功率半導體模塊的發(fā)展趨勢予以介紹。如果你對功率半導體具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、功率半導體工作原理

功率半導體是一類能夠控制和調(diào)節(jié)大電流和高電壓的半導體器件。它可以將小信號控制電流或電壓轉換成大信號輸出，廣泛應用于電力電子、工業(yè)自動化、交通運輸、新能源等領域。常見的功率半導體器件包括功率二極管、IGBT、MOSFET、GTO等。

功率半導體的工作原理可以分為三個階段：導通、截止和反向恢復。

在導通狀態(tài)下，當控制信號輸入時，功率半導體器件的導通電阻將迅速降低，電流可以從其正極流向負極。在導通狀態(tài)下，功率半導體器件將消耗一定的功率，但是其導通電阻很小，因此可以實現(xiàn)高效的能量轉換。

在截止狀態(tài)下，當控制信號消失時，功率半導體器件的導通電阻將迅速上升，電流將停止流動。在截止狀態(tài)下，功率半導體器件的功率損耗很小，因此可以實現(xiàn)高效的能量控制。

在反向恢復過程中，當功率半導體器件從導通狀態(tài)轉換到截止狀態(tài)時，其內(nèi)部將會產(chǎn)生反向恢復電荷和電壓，需要一定的時間才能消散。反向恢復時間取決于器件結構和材料等因素，通常在幾十納秒到幾百納秒之間。反向恢復時間長將導致器件開關速度變慢，產(chǎn)生電磁干擾等問題，因此要盡可能地縮短反向恢復時間。

功率半導體器件可以通過控制輸入信號的波形、幅值、頻率等參數(shù)，實現(xiàn)電流、電壓、功率等方面的控制和調(diào)節(jié)。在不同的應用領域中，功率半導體器件有著各種各樣的類型和結構，例如功率二極管、IGBT、MOSFET、GTO等，以滿足不同的需求和應用場景。

在電力電子應用中，功率半導體器件可以實現(xiàn)高效的能量轉換和控制，例如直流電源的開關電源、交流電源的調(diào)節(jié)、電機的控制和變頻等。在工業(yè)自動化應用中，功率半導體器件可以實現(xiàn)高精度的電流、電壓和功率調(diào)節(jié)，例如可編程邏輯控制器(PLC)和工業(yè)機器人等。在交通運輸和新能源應用中，功率半導體器件可以實現(xiàn)高效的能量轉換和控制，例如電動汽車。

二、功率半導體模塊的發(fā)展趨勢

功率電子模塊的集成度。半導體模塊之間的差異，不僅僅體現(xiàn)在連接技術方面。另一個差別因素是附加有源和無源器件的集成度。根據(jù)集成度不同，可分為以下幾類：標準模塊，智能功率模塊(ipm)，(集成)子系統(tǒng)。在ipm被廣泛使用(尤其在亞洲地區(qū))的同時，集成子系統(tǒng)的使用只剛剛起步。

1、智能功率模塊

智能功率模塊的特點在于除了功率半導體器件外，還有驅動電路。許多ipm模塊也配備了溫度傳感器和電流平衡電路或用于電流測量的分流電阻。通常智能功率模塊也集成了額外保護和監(jiān)測功能，如過電流和短路保護，驅動器電源電壓控制和直流母線電壓測量等。

然而，大部分智能功率模塊沒有對功率側的信號輸入進行電氣隔離。只有極少數(shù)的ipm包含了一個集成光耦。另一種隔離方案是采用變壓器進行隔離。

通常，小規(guī)模的ipm的特點在于其引線框架技術。穿孔銅板用作功率開關和驅動ic的載體。通過一層薄薄的塑料或絕緣金屬板進行散熱。

用于中高功率應用的ipm模塊的設計特點是將模塊分為兩個層次。功率半導體在底部，驅動器和保護電路在上部。本領域內(nèi)名氣最大的ipm是賽米控的skiip?，已面市超過了10年。這種無底板ipm系列產(chǎn)品的最大額定電流是2400a，包括一個驅動器和保護功能，加上電流傳感器、電氣隔離和電源。這些模塊裝在風冷或水冷冷卻器上，并在供貨前進行全面的測試。

一個有趣的趨勢是將標準模塊升級為ipm?？芍苯踊蚴褂脦寗与娐?通過彈簧連接)的適配器板來進行升級。賽米控的skypertm驅動器是這方面理想的產(chǎn)品。

2、集成子系統(tǒng)

所有這些ipm的共同點是真實的“智能”，即將設定點值轉換成驅動脈沖序列的控制器不包含在模塊中。賽米控是250kw以下轉換器用集成子系統(tǒng)的核心制造商。skaitm模塊也是ipm，其特點是集成了dsp控制器，除脈寬調(diào)制外，還可進行其它通信任務。這些子系統(tǒng)也包含集成直流環(huán)節(jié)電容器，一個輔助電源，精密電流傳感器和一個液體冷卻器。

以上就是小編這次想要和大家分享的有關的功率半導體的內(nèi)容，希望大家對本次分享的內(nèi)容已經(jīng)具有一定的了解。如果您想要看不同類別的文章，可以在網(wǎng)頁頂部選擇相應的頻道哦。