常用半导体开关你了解多少?

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在电力电子设备中,开关非常重要,最开始的有机械开关,需要人工来进行操作,随着微型化的发展,电子开关开始走入人们视野,它们在电路中充当固态开关,但没有任何机械人工作用。主要有以下几种:

1.功率二极管

2.金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)

3.双极结型晶体管(BJT)

4.绝缘栅双极晶体管(IGBT)

5.晶闸管(SCR,GTO,MCT)

功率二极管,功率晶体管,MOSFET,晶闸管及其双晶体管模型为三端双向可控硅开关,栅极截止晶闸管(GTO),绝缘栅双极晶体管(IGBT)会有的截止特性使得在电力电子电路中,这些开关在饱和区和功率放大器和线性稳压器等模拟电路中的线性区域工作,使得开关非常高效,在功率处理过程中损耗较小。

功率二极管

与具有PN结构的信号二极管相比,功率二极管具有PN结构。有一定单向导通性,在固有的层面上缺点是在正向偏置条件下会增加明显的电阻,因此功率二极管需要适当的冷却装置来处理大功率损耗。功率二极管被用于许多应用中。包括整流器,电压钳位器,电压倍增器等。

 

MOSFET

MOSFET是压控多数载波(或单极)三端器件。与用于低功率信号的简单横向沟道MOSFET相比,功率MOSFET具有不同的结构。它具有垂直沟道结构,其中源极和漏极位于硅晶片的相对侧,源极和漏极的这种相对放置提高了功率MOSFET处理更大功率的能力。

MOSFET结构中衬底都是内部连接的,但是在外部连接的情况下,方向将发生变化,电子迁移率较高,在MOSFET体内二极管在大多数应用中具有足够的电流和开关速度,但在某些应用中需要使用超快二极管,在这种情况下,外部快速恢复二极管以反并联方式连接。但是,还需要一个慢速恢复二极管来阻止体二极管的动作。

 

功率双极结型晶体管(BJT)

功率BJT传统上用于许多应用,但是IGBT(绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)已在大多数应用中代替了它,但由于某些原因,它们仍在某些领域使用IGBT和MOSFET的输入电容比BJT高,因此,在IGBT和MOSFET的情况下,驱动电路必须能够对内部电容进行充电和放电。

尽管与MOSFET或IGBT相比,BJT的输入电容较低,但由于输入阻抗低,BJT的响应速度明显降低.BJT在相同的驱动性能下使用更多的硅。在较早研究的MOSFET中,功率BJT与简单的平面BJT的配置不同。在平面BJT中,集电极和发射极在晶片的同一侧,而在功率BJT中,集电极和发射极在相对的边缘,这样做是为了增加BJT的电源处理能力。

 

绝缘栅双极晶体管(IGBT)

IGBT结合了BJT和功率MOSFET的物理特性,从而获得了两者的优势,它受栅极电压控制,与功率MOSFET一样具有高输入阻抗,并且与BJT一样具有低的导通状态功率损耗。与BJT相比,甚至没有二次击穿且开关。由于具有双极性特性,它与MOSFET相比具有更好的导电特性;与MOSFET相比,它没有体二极管,但是这可以看作是一个优势在特定的应用中使用外部快速恢复二极管,它们正在以更低的传导损耗取代大多数高压应用中的MOSFET。IGBT上有三个端子,分别称为集电极,发射极和栅极。

晶闸管(SCR,GTO,MCT)

晶闸管与固态器件系列相似,广泛用于电力电子电路,SCR(可控硅整流器),DIAC(交流二极管),TRIAC(交流二极管),GTO(栅极关断晶闸管),MCT( MOS控制晶闸管),RCT,PUT,UJT,LASCR,LASCS,SIT,SIth,SIS,SBS,SUS,SBS等。SCR是该家族中最老的成员,通常称为“晶闸管” ”。

它们作为双稳态开关工作,可在非导通或导通状态下工作。传统晶闸管的设计没有栅极控制的关断能力,当只有阳极电流低于此值时,晶闸管可从导通状态变为非导通状态。其中GTO具有栅极控制的关断能力。

 

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