【干货】一文看懂常用功率半导体的分类

电力电子技术的核心是电能的变换和控制，常见的有直流转交流（逆变）、交流转直流（整流）、变频、变相等。在工程中拓展开来，变得五花八门，应用领域非常之广，学电的小伙伴都很清楚。但是，千变万化离不开其核心——功率电子器件；

【补充】半导体材料的发展：

第一代：Si、Ge等元素半导体材料，促进计算机及IT技术的发展，也是目前功率半导体器件的基础材料；

第二代：GaAs、InP等化合物半导体材料，主要用于微波器件、射频等光电子领域；

第三代：SiC、GaN等宽禁带材料，未来在功率电子、射频通信等领域非常有应用前景。

功率电子器件的应用：

• 不控器件：典型器件是电力二极管，主要应用于低频整流电路；
• 半控器件：典型器件是晶闸管，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；
• 全控器件：应用领域最广，典型为GTO、GTR、IGBT、MOSFET，广泛应用于工业、汽车、轨道牵引、家电等各个领域。

1. GTO：门极可关断晶闸管
2. GTR：电力晶体管
3. IGBT：绝缘栅双极性晶体管
4. MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管

汽车领域及大部分工业领域目前最常用的全控器件，全控器件的基本应用场景可以用下边这张示意图概括：

下边是来历！

上边介绍的几种全控器件，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，咱们较少涉及，先讨论另外几种。

GTR（电力晶体管）：电路符号和普通的三极管一致，属于电流控制功率器件，20世纪80年代以来在中小功率范围内逐渐取代GTO。GTR同学特点鲜明，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，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（金属氧化物半导体场效应晶体管）：顾名思义，电场控制是他与GTR最明显的区别，特性是输入阻抗大，驱动功率小，开关速度快，工作频率高，是不是完美弥补了GTR的缺陷？那MOS能不能完全替代GTR呢？答案是不能，MOSFET典型参数是导通阻抗，直观理解，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同学的短板，但别忘了，这是GTR的长处呀！

于是，混血儿IGBT诞生了！

看他的简化等效电路图，是不是就明白什么了？

那么定义就来了，IGBT是以双极型晶体管为主导元件，以MOSFET为驱动元件的达林顿结构，是不是很巧妙！再看他的名字“绝缘栅场效应晶体管”就很好记了。

IGBT特点：

• 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；
• 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，热稳定性好等；
• 应用领域正迅速扩大，逐步取代GTR、MOSFET的市场。

本文主要从宏观上捋一捋功率半导体器件的架构，知识面比较浅显，尚未深入，相信很多大神对文章的内容相当熟悉了。作为一个电动汽车功率电子技术分享平台，当然要隆重介绍IGBT的出场了对不对！

后边还会对各种电动车上常用的功率器件、及第三代功率半导体器件展开讨论，分享交流使用中的心得，应用场景涵盖电机控制器（inverter、MCU、IPU、DCU等一堆小名）、OBC（车载充电机）、DCDC等。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/5kV9s1-TdD3FIt0xeIV9Pg