Fiind cele mai fundamentale componente ale sistemelor electronice, dispozitivele de putere cu semiconductor joacă un rol crucial în diverse industrii, inclusiv electronice auto, electronice de larg consum, comunicații în rețea, echipamente electronice, aerospațiale, echipamente militare, instrumente, automatizări industriale și electronice medicale. În acest articol, Chendaxing va introduce definiția și clasificarea dispozitivelor de putere.
Cum sunt definite dispozitivele semiconductoare de putere discretă?
Dispozitivele discrete cu semiconductor de putere (Dispozitive electronice de putere), cunoscute și ca dispozitive electronice de putere, se referă la dispozitivele electronice care pot fi utilizate direct în circuitele principale pentru a procesa energia electrică, realizând astfel conversia sau controlul puterii. Funcțiile lor sunt clasificate în primul rând în conversia puterii, amplificarea puterii, comutarea puterii, protecția circuitului și rectificarea.
Dispozitivele discrete cu semiconductor de putere pot fi clasificate pe scară largă în două categorii majore: dispozitive discrete cu semiconductor de putere (inclusiv module de putere) și circuite integrate cu semiconductor de putere (IC-uri de putere). Printre acestea, dispozitivele discrete cu semiconductor de putere se referă la dispozitivele semiconductoare concepute pentru a îndeplini o funcție de bază specifică și nu pot fi subdivizate în continuare funcțional.
În 1957, General Electric (GE) din Statele Unite a dezvoltat primul tiristor industrial-din lume, marcând nașterea dispozitivelor semiconductoare de putere discretă. Dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare de putere discretă a trecut printr-o primă etapă centrată pe tiristoare, o a doua etapă reprezentată de MOSFET-uri și IGBT-uri, iar acum intră într-o nouă etapă centrată pe dispozitive semiconductoare cu bandă interzisă-largă.
Cum sunt clasificate dispozitivele semiconductoare de putere discretă?
Pe baza structurii dispozitivului, acestea sunt clasificate în diode, tranzistoare de putere, tiristoare și altele. Printre acestea, tranzistoarele de putere sunt împărțite în continuare în tranzistori cu joncțiune bipolară (BJT), tranzistoare cu efect de joncțiune cu câmp-(JFET), tranzistori cu efect de-oxid de metal-semiconductor cu efect- (MOSFET) și tranzistori cu efect-izolați (IGBT).
Pe baza capacității de gestionare a puterii, acestea sunt clasificate în dispozitive semiconductoare discrete de -joasă tensiune,-putere redusă; dispozitive semiconductoare discrete de putere medie-; dispozitive semiconductoare discrete de mare-putere; și dispozitive semiconductoare discrete de-tensiune, ultra-înaltă-putere.
Pe baza naturii semnalului aplicat între terminalul de control și terminalul comun de către circuitul de comandă (cu excepția diodelor de putere), acestea pot fi clasificate în tipuri de curent-conduse și de tensiune-.
Acţionat-de curent: alimentarea dispozitivelor discrete cu semiconductor care sunt oprite prin injectarea sau extragerea curentului de la terminalul de control.
Acţionat de tensiune-: alimentarea dispozitivelor semiconductoare care sunt pornite sau oprite prin aplicarea unui semnal de tensiune specific între terminalul de control şi terminalul comun.
Pe baza gradului în care semnalul circuitului de control controlează dispozitivul, acestea pot fi clasificate ca necontrolate, semi-controlate și complet controlate.
Dispozitive necontrolate: dispozitive discrete semiconductoare de putere ale căror stări de pornire/oprire nu pot fi controlate de un semnal de control; dispozitivele reprezentative includ diode de putere.
Dispozitive semi-controlate: dispozitive de alimentare a căror conducere poate fi controlată printr-un semnal de control, dar a căror oprire-nu poate fi controlată; dispozitivele reprezentative includ tiristoare și majoritatea dispozitivelor lor derivate.
Dispozitive complet controlate: dispozitive semiconductoare de putere discretă în care semnalele de control pot regla atât pornirea-, cât și oprirea-; dispozitivele reprezentative includ tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT), tranzistoare cu efect de câmp-de putere (FET) și tiristoare-de oprire-poartă;
Pe baza implicării celor două tipuri de purtători de sarcină-electroni și găuri-în conducția dispozitivului, dispozitivele discrete cu semiconductor de putere pot fi clasificate în dispozitive unipolare, dispozitive bipolare și dispozitive compozite.
Dispozitive unipolare: dispozitive discrete semiconductoare de putere în care un singur tip de purtător de sarcină (electroni sau găuri) participă la conducere;
Dispozitive bipolare: dispozitive discrete semiconductoare de putere în care atât electronii, cât și găurile participă la conducere;
Dispozitive compozite: Dispozitive semiconductoare de putere discrete formate prin integrarea dispozitivelor unipolare și bipolare;
Pe baza materialelor suport utilizate în dispozitivele semiconductoare de putere, dispozitivele semiconductoare de putere discrete existente pot fi clasificate în trei generații:
Materialele semiconductoare de prima generație sunt reprezentate în principal de germaniu (produse timpurii, acum mai puțin frecvente) și siliciu.
Materialele semiconductoare de a doua-generație sunt în principal materiale semiconductoare compuse, cum ar fi arseniura de galiu (GaAs) și fosfura de indiu (InP).
Materialele semiconductoare de a treia-generație sunt în principal materiale semiconductoare cu bandă interzisă-largă, cum ar fi carbura de siliciu (SiC) și nitrura de galiu (GaN).