Als grundlegendste Bausteine elektronischer Systeme spielen Halbleiter-Leistungsbauelemente eine entscheidende Rolle in verschiedenen Branchen, darunter Automobilelektronik, Unterhaltungselektronik, Netzwerkkommunikation, elektronische Geräte, Luft- und Raumfahrt, militärische Ausrüstung, Instrumentierung, industrielle Automatisierung und medizinische Elektronik. In diesem Artikel stellt Chendaxing die Definition und Klassifizierung von Leistungsgeräten vor.
Wie werden diskrete Leistungshalbleitergeräte definiert?
Diskrete Leistungshalbleitergeräte (Power Electronic Devices), auch Leistungselektronikgeräte genannt, beziehen sich auf elektronische Geräte, die direkt in Hauptstromkreisen zur Verarbeitung elektrischer Energie verwendet werden können und so eine Leistungsumwandlung oder -steuerung erreichen. Ihre Funktionen werden hauptsächlich in Leistungsumwandlung, Leistungsverstärkung, Leistungsschaltung, Stromkreisschutz und Gleichrichtung kategorisiert.
Diskrete Leistungshalbleitergeräte können grob in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: diskrete Leistungshalbleitergeräte (einschließlich Leistungsmodule) und integrierte Leistungshalbleiterschaltkreise (Leistungs-ICs). Unter diesen beziehen sich diskrete Leistungshalbleiterbauelemente auf Halbleiterbauelemente, die für die Ausführung einer bestimmten Grundfunktion ausgelegt sind und funktionell nicht weiter unterteilt werden können.
Im Jahr 1957 entwickelte General Electric (GE) in den Vereinigten Staaten den weltweit ersten industrietauglichen Thyristor und markierte damit die Geburtsstunde diskreter Leistungshalbleiterbauelemente. Die Entwicklung diskreter Leistungshalbleiterbauelemente hat eine erste Phase durchlaufen, die sich auf Thyristoren konzentriert, eine zweite Phase, die durch MOSFETs und IGBTs repräsentiert wird, und tritt nun in eine neue Phase ein, die sich auf Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke konzentriert.
Wie werden diskrete Leistungshalbleitergeräte klassifiziert?
Basierend auf der Gerätestruktur werden sie in Dioden, Leistungstransistoren, Thyristoren und andere eingeteilt. Unter diesen werden Leistungstransistoren weiter unterteilt in Bipolar-Junction-Transistoren (BJTs), Junction-Feld--Effekttransistoren (JFETs), Metall--Oxid--Halbleiter-Feld--Effekttransistoren (MOSFETs) und isolierte -Gate-Bipolartransistoren (IGBTs).
Basierend auf der Belastbarkeit werden sie in diskrete Halbleiterbauelemente mit niedriger -Spannung und niedriger{1}}Leistung eingeteilt; Diskrete Halbleiterbauelemente mittlerer-Leistung; Diskrete Hochleistungshalbleiterbauelemente; und diskrete Hochspannungs--Hoch--Halbleiterbauelemente.
Basierend auf der Art des Signals, das von der Ansteuerschaltung (mit Ausnahme von Leistungsdioden) zwischen dem Steueranschluss und dem gemeinsamen Anschluss angelegt wird, können sie in stromgesteuerte und spannungsgesteuerte Typen eingeteilt werden.
Stromgesteuert-: Diskrete Leistungshalbleitergeräte, die durch Einspeisung oder Entnahme von Strom aus dem Steueranschluss ausgeschaltet werden.
Spannungsgesteuert-: Leistungshalbleitergeräte, die durch Anlegen eines bestimmten Spannungssignals zwischen dem Steueranschluss und dem gemeinsamen Anschluss ein- oder ausgeschaltet werden.
Basierend auf dem Grad, in dem das Steuerschaltkreissignal das Gerät steuert, können sie in ungesteuert, halb{0}}gesteuert und vollständig gesteuert klassifiziert werden.
Ungesteuerte Geräte: Diskrete Leistungshalbleitergeräte, deren Ein-/Aus-Zustände nicht durch ein Steuersignal gesteuert werden können; Repräsentative Geräte umfassen Leistungsdioden.
Halb-gesteuerte Geräte: Leistungsgeräte, deren Leitung durch ein Steuersignal gesteuert werden kann, deren Ausschalten jedoch nicht gesteuert werden kann; Zu den repräsentativen Geräten gehören Thyristoren und die meisten davon abgeleiteten Geräte.
Vollständig gesteuerte Geräte: Diskrete Leistungshalbleitergeräte, bei denen Steuersignale sowohl das Ein- als auch das Ausschalten regeln können. Zu den repräsentativen Geräten gehören isolierte{2}}Gate-Bipolartransistoren (IGBTs), Leistungsfeld-effekttransistoren (FETs) und Gate-abschalt-Thyristoren.
Basierend auf der Beteiligung der beiden Arten von Ladungsträgern -Elektronen und Löcher-an der Leitung des Geräts können diskrete Leistungshalbleitergeräte in unipolare Geräte, bipolare Geräte und zusammengesetzte Geräte eingeteilt werden.
Unipolare Geräte: Diskrete Leistungshalbleitergeräte, bei denen nur eine Art Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) an der Leitung beteiligt ist;
Bipolare Geräte: Diskrete Leistungshalbleitergeräte, in denen sowohl Elektronen als auch Löcher an der Leitung beteiligt sind;
Verbundbauelemente: Diskrete Leistungshalbleiterbauelemente, die durch die Integration unipolarer und bipolarer Bauelemente entstehen;
Basierend auf den in Leistungshalbleiterbauelementen verwendeten Substratmaterialien können bestehende diskrete Leistungshalbleiterbauelemente in drei Generationen eingeteilt werden:
Halbleitermaterialien der ersten-Generation werden hauptsächlich durch Germanium (frühe Produkte, heute selten) und Silizium repräsentiert.
Halbleitermaterialien der zweiten{0}}Generation sind hauptsächlich Verbindungshalbleitermaterialien wie Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP).
Halbleitermaterialien der dritten{0}}Generation sind hauptsächlich Halbleitermaterialien mit großer -Bandlücke wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN).