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功率半导体器件应用

IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为无源模块在从几千瓦的中功率到几兆瓦的大功率网络 设备制造有很重要的意义,特别是对“大众市场”。
a)不同功率半导体开关频率, b)目前使用的范围
图 2.1.2 a)不同功率半导体开关频率, b)目前使用的范围
从 80年代中期开始,这些和其他一些有主动开关功能的大功率半导体器件,如大功率 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管),GTO晶闸管(开关效应)和集成模块 IGCT(集成晶闸管),在实际应用中已完全取代了传统的晶闸管。 而 IGBT和 MOSFET相对于其他大功率开关半导体,如传统的 IGCT和GTO晶闸管,显示出其一 系列的优势,比如可应用于从主动的开关控制到被动的短路关闭的任何情况,无须关 闭整个网络,同时它还具有操作简单,开关时间短和相对较低的开关损耗。微电子技 术使生产这些大功率半导体器件变得相对更容易和成本更低廉。
1975年赛米控公司首先在市场推出了采用硅芯片制造的无源模块,现在这些模块被广 泛地应用在电流超过几十安培的网络中。这些模块通常包含了一定数量相同或不同的 元器件(如 IGBT,二极管,晶体管和功率二极管)和配件(如温度或电流传感器)及 开关控制和保护部件(智能功率半导体/ IPM)。
大功率无源模块在使用时需要表面冷却来解决散热问题,但它对比传统的插片模块有 很多优势:传统的插片模块比无源模块多产生大约 30%的热损失,而且必须双面冷 却。并且无源模块比传统的插片模块更适合串联连接。除了安装便捷以外,无源模块 的“集成化”也是一大优势,根据不同要求可随意把不同的元器件组合到一个模块集成中 并在模块表面贴上经过绝缘检验的散热片。这样在大批量的生产时可降低生产成本。
现在大功率MOSFET被广泛的应用到供电系统(开关部件)、汽车电器的低压开关设 备和在非常高开关频率(50到 500千赫)的实际应用中,因为在这种高频率的场合, 标准的电源模块无法使用。
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