功率器件的定义和分类

发布时间：2023-05-15 10:03
作者：AMEYA360
来源：网络
阅读量：2236

　　作为电子系统中的最基本单元，半导体功率器件在包括汽车电子、消费电子、网络通信、电子设备、航空航天、武器装备、仪器仪表、工业自动化、医疗电子等各行业都起着至关重要的作用。今天AMEYA360电子元器件采购网将给大家进行介绍！

功率器件的定义和分类

　　01功率半导体分立器件怎么定义

　　功率半导体分立器件(Power Electronic Device)又称为电力电子器件和功率电子器件，是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件，其作用主要分为功率转换、功率放大、功率开关、线路保护和整流等。

　　功率半导体分立器件大致可分为功率半导体器件(Power Discrete，包括功率模块)和功率半导体集成电路(Power IC)两大类，其中，功率半导体分立器件是指被规定完成某种基本功能，并且本身在功能上不能再细分的半导体器件。

　　1957年美国通用电气公司(GE)研制出世界上第一只工业用普通晶闸管(Thyristor)，标志了半导体功率分立器件的诞生。半导体功率分立器件的发展经历了以晶闸管为核心的第一阶段、以MOSFET和IGBT为代表的第二阶段，现在正在进入以宽禁带半导体器件为核心的新发展阶段。

　　02功率半导体分立器件怎么分类

　　按照器件结构 ，分为二极管、功率晶体管、晶闸管等，其中功率晶体管分为双极性结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

　　按照功率处理能力，分为低压小功率半导体分立器件、中功率半导体分立器件、大功率半导体分立器件和高压特大功率半导体分立器件。

　　按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质， (除功率二极管外)可分为电流驱动型与电压驱动型。

　　电流驱动型：通过从控制端注入或抽出电流实现其关断的功率半导体分立器件。

　　电压驱动型：通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号实现导通或关断的功率半导体器件。

　　按照控制电路信号对器件的控制程度，可分为不可控型、半控型和全控型。

　　不可控器件：不能通过控制信号来控制其通断的功率半导体分立器件，代表器件为功率二极管;

　　半控器件：通过控制信号能够控制其导通而不能控制其关断的功率器件，代表器件为晶闸管及其大部分派生器件;

　　全控器件：通过控制信号既能够控制其导通，又能够控制其关断的功率半导体分立器件，代表器件有绝缘栅双极晶体管、功率场效应晶体管、门极可关断晶闸管等;

　　按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。

　　单极型器件：有一种载流子(电子或空穴)参与导电的功率半导体分立器件;

　　双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的功率半导体分立器件;

　　复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成的功率半导体分立器件;

　　按照功率半导体器件衬底材料的不同，现有的功率半导体分立器件的材料可分为三代：

　　第一代半导体材料主要是以锗(早期产品，现已不常见)和硅为代表。

　　第二代半导体材料主要是以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)为代表的化合物半导体材料。

　　第三代半导体材料主要是以即碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料。半导体产业升级。


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　　功率器件是电子设备中的重要组成部分，它们能够控制电流和电压，实现电能的转换和控制。功率器件广泛应用于各种电子设备中，如电源、电动机驱动、照明、通信、医疗、 工业自动化等领域。下面将由AMEYA360电子元器件采购网介绍功率器件在不同应用场景中的应用。　　1.电源　　功率器件在电源中的应用非常广泛,如开关电源、逆变器、稳压器等。开关电源是一种高效率、小体积、轻重量的电源，它采用功率器件进行开关控制，实现电能的转换和控制。逆变器是将直流电转换为交流电的装置，它也需要功率器件进行控制稳压器是一种能够稳定输出电压的电源，它也需要功率器件进行控制。　　2.电动机驱动　　功率器件在电动机驱动中的应用也非常广泛，如直流电机驱动、交流电机驱动等。直流电机驱动需要使用功率晶体管、IGBT等功率器件进行控制，实现电机的正反转和调速。交流电机驱动需要使用三相桥式整流器、逆变器等功率器件进行控制，实现电机的正反转和调速。　　3.照明　　功率器件在照明中的应用也非常广泛，如LED驱动、氙气灯驱动等。LED驱动需要使用功率MOS管、功率MOSFET等功率器件进行控制，实现LED的亮度调节和闪烁控制。氙气灯驱动需要使用功率晶体管、IGBT等功率器件进行控制，实现氙气灯的点亮和调光。　　4.通信　　功率器件在通信中的应用也非常广泛,如射频功率放大器、光电器件等。射频功率放大器是一种能够将低功率信号放大到高功率信号的装置，它需要使用功率晶体管、功率MOSFET等功率器件进行控制。光电器件是一种能够将光信 号转换为电信号的装置，它需要使用光电晶体管 、光电二极管等功率器件进行控制。　　5.医疗　　功率器件在医疗中的应用也非常广泛，如医用电源、医用电刀等。医用电源是一种能够提供稳定电压和电流的电源，它需要使用功率晶体管、IGBT等功率器件进行控制。医用电刀是一种能够将高频电流转换为热能的装置，它需要使用功率晶体管、功率MOSFET等功率器件进行控制。　　6.工业自动化　　功率器件在工业自动化中的应用也非常广泛，如PLC、变频器等。PLC是一 种能够实现逻辑控制和运动控制的装置，它需要使用功率晶体管、IGBT等功率器件进行控制。变频器是一种能够实现电机调速的装置，它需要使用功率晶体管、功率MOSFET等功率器件进行控制。　　7.电动汽车　　功率器件在电动汽车中广泛应用，例如电池充电器、电机驱动器、DC-DC转换器等。这些器件可以提高汽车性能，延长电池寿命，降低运行成本。　　8.交流调光　　在家庭照明设备中，交流调光技术可以控制灯光的亮度和颜色，提高居住舒适度。功率器件在这-应用场景中起到了关键作用。　　9.风电和太阳能发电　　风电和太阳能发电是可再生能源的代表，功率器件在其中的应用越来越广泛，例如功率器件可以实现太阳能电池板的最大功率点跟踪，提高电池板的发电...　　功率器件在各种电子设备中的应用非常广泛，它们能够实现电能的转换和控制，为各种电子设备的正常运行提供了重要的支持。
2023-09-04 10:13 阅读量：2301
功率器件的主要作用及应用领域
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    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。
2022-06-28 17:48 阅读量：2727
功率器件缺货蔓延 Q2交期持续延长
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功率器件缺货蔓延 Q2交期持续延长

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：1464
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