功率器件的主要作用及应用领域

发布时间：2022-06-28 17:48
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2780

    功率元件（power components）是装置中反映或检测某一设备、线路的电功率的器件或组件。电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

功率器件的主要作用及应用领域

    功率放大是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

    1、不控器件

    不能通过控制信号控制其通断的电力电子器件。典型器件如二极管，主要应用于低频整流电路。

    2、半控器件

    通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。典型器件如晶闸管，又称可控硅，广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中，应用场景多为低频。

    3、全控器件

    通过控制信号既可控制导通，又可控制其关断的电力电子器件。典型器件如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极性晶体管），应用领域最广，广泛应用于工业、汽车、轨道牵引、家电等各个领域。

    关于以上这几种全控器件，其中GTO是晶闸管的派生器件，主要应用在兆瓦级以上的大功率场合。

    GTR属于电流控制功率器件，且电路符号和普通的三极管一致。20世纪80年代以来在中小功率范围内逐渐取代GTO。GTR特点鲜明，耐高压、大电流、饱和压降低是其主要优点，但是缺点也很明显，如驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏，驱动电流大直接决定其不适合高频领域的应用。

    MOSFET与GTR最为显著的区别就是电场控制。其特性是输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高，那MOS是不是完美弥补了GTR的缺陷？能不能完全替代GTR呢？答案当然是不能。MOS典型参数是导通阻抗，直观理解为耐压做的越大，芯片越厚，导通电阻越大，电流能力就会降低，因此不能兼顾高压和大电流就成了MOS的短板。

    接下来特别讲解一下IGBT。IGBT是以双极型晶体管为主导元件,以MOS为驱动元件的达林顿结构。其特点是不仅损耗小、耐高压、电流密度大、通态电压低、安全工作区域宽、耐冲击，而且开关频率高、易并联、所需驱动功率小、驱动电路简单、输入阻抗大、热稳定性好。IGBT的应用领域正迅速扩大，逐步取代GTR、MOSFET的市场。

    本文Ameya360电子元器件采购网只能带领大家对功率器件有了初步的了解，希望对大家会有一定的帮助，同时需要不断总结，这样才能提高专业技能，也欢迎大家来讨论文章的一些知识点。

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功率器件缺货蔓延 Q2交期持续延长
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2017年以来，功率器件供给也出现了缺货涨价情况，8寸硅晶圆的供不应求，市场需求旺盛，使得上游吹起涨价风潮。然而今年，高中低压MOSFET、IGBT的交期趋势呈现了全面延长的局面，有的低压MOSFET的交期超过40周，IGBT最长交期达50周.功率器件景气度高，硅晶圆紧缺未缓解受益于功率器件市场的高景气度，国内功率器件相关的晶圆代工、功率器件设计、IDM厂商的业绩均表现良好。在国际电子商情整理的2018年Q1的功率器件相关国内上市公司的情况可以看到，无论是国内主要功率器件晶圆代工厂华虹宏力，还是IDM厂商士兰微、扬杰科技，以及设计公司富满电子，均实现了两位数的营收增长。其中扬杰科技Q1营收增幅超过了30%。数家公司皆指出，MOSFET、IGBT的需求高涨，推动了业绩的增长。分立器件业务占比华虹宏力营收接近30%。士兰微的PIM模块在白色市场出货超过了200万颗。此前，国际电子商情报道过去年以来的国内功率器件厂商涨价的情况，包括长电科技、乐山无线电、新洁能、德普微、西安后羿、芯电元等在内的多家MOSFET厂商发布了涨价通知。不过，记者了解到，扬杰科技在此番涨价潮中并没有实施涨价措施，但涨价计划仍在研讨中。该公司高管公开表示，目前原材料涨价对公司压力确实较大，对净利润也存在一定拉低作用。涨价计划公司领导层还在研讨制定当中，暂未执行涨价策略，公司目前的毛利和净利情况足够支撑原材料上涨压力。在功率半导体领域，第三方较难介入原有客户与供应商的合作关系，公司希望通过在涨价形势中维持产品价格的竞争力，来获得潜在优质客户资源，进一步提升公司产品的市场占有率。由此可以看出，扬杰科技希望以让利方式抢占更大的市场份额。综观产业链，上游硅晶圆的紧缺并未得到缓解，第二季进入半导体生产链传统旺季，硅晶圆缺货问题有恶化迹象。台媒报道称，日前日本硅晶圆大厂SUMCO在法说会中表示，8吋及12吋硅晶圆都是需求持续高于供给，除了价格续涨，销售上也持续采取配销方式。在12吋硅晶圆部份，继去年全年价格大涨20％后，今年价格亦将再度调涨20％。8吋硅晶圆的供给量成长有限，且在生产设备不易取得情况下，业界不容易针对8吋硅晶圆扩充产能，预期8吋硅晶圆恐会出现长期供应紧绷状态，所以，半导体厂对于采购8吋晶圆的危机感更胜于12吋。至于6吋硅晶圆虽然现在也供不应求及价格调涨，但中长期前景较不明朗。目前国外功率器件大厂的货期情况仍然没有得到改善。国际功率器件厂商交期严重延长这一紧张形势，也传导至功率器件厂商。根据富昌电子2018年Q2元器件行情报告，国际功率器件大厂的交期、供应紧张形势成为普遍现象。报告称，一般来说 MOSFET、整流管和晶闸管的交货周期是8 -12周左右，但现在部分MOSFET、整流管和晶闸管交期已进一步延长到 20 至 40 周。随着功率半导体器件市场行情的回暖，需求持续旺盛，但受限于产能，原厂交货周期开始不断延长。原材料涨价、硅晶圆供应紧张、需求强劲为供不应求背后主要动因。低压MOSFET较多货期接近或超过40周，其中，汽车器件的货期问题尤为显著。•英飞凌在收购 IR 后可提供丰富的中等电压产品 (40-200V)。但是，定价上涨，货期也延长。SOT-23 器件货期为 30 + 周，汽车器件交货时间为 28+ 周。•ON Semiconductor（原Fairchild）小型封装（SOC-223和更小型）货期延长，双路，互补型和co-pack器件的货期受影响最为严重。•ON Semiconductor的汽车器件和QFN 5x6， sot-23, sot-223封装产品有货期问题。•意法半导体（ST）后端和前端产能均已定满。Q3和Q4估计将在紧缺分货过程中度过。•Vishay扩展中低电压产品组合，新产品价格有竞争力。大量提供P沟道器件。2018年Q1和Q2的产能已满。高压MOSFET的交期也全部为延长状况，交期介于22-44周不等。•英飞凌目前更为专注于P7、C7、CFD系列，而成本上涨的传统器件（C3、C6、P6系列）的货期也延长至 24-28 周。其中，P7 产品提供领先的价格/性能及更好的货期。•需求仍然强劲的ST，目前满产能。M2、M5和K5系列的规格和价格较好。其是额定200摄氏度的碳化硅场效应管的唯一供应商。推出650V SiC，可与高性能IGBT竞争，并能替代超结器件。•正经历被Littelfuse收购的Ixys目前产能已满，货期难以改进。1000V以上产品有优势。•ON Semiconductor（原Fairchild）面向大众市场提供丰富的高压FET，货期参差不齐，但似乎比竞争对手要好些。•Vishay持续开发高压产品系列，超结650V FET可与英飞凌和意法半导体媲美。超结器件货期超过 30 周，传统器件（IR）货期在 20 周以内。IGBT的交期最高达到52周。•ON Semiconductor（原Fairchild）擅长场截止IGBT，传统 IGBT 的货期正在延长，但某些系列可以提供die bank。 由于对技术的高需求导致后端产能限制。•英飞凌作为IGBT的全球领导者，在并购IR后，拥有了最丰富的大功率和低功率IGBT。CO-Pack 产品 (整流器组合) 货期达到 30 周以上，并仍然在延长。•意法半导体（ST）投资研发这一类产品，提供大功率模块，与英飞凌、Semikron、三菱竞争。未来12个月产能已满，货期在50周。综上所述，国内外功率器件的供应紧张情况在近期将会持续，交货周期拉长，提前下单备足物料或是必要的做法。
2018-05-21 00:00 阅读量：1503
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