總體來講,從耐壓、電流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定場合,仍 然要使用大電流、高耐壓的可控硅。但一般的工業(yè)自動化場合,功率電子器件已越來越 多地使用 MOSFET 和 IGBT,特別是 IGBT 獲得了更多的使用,開始全面取代可控硅來做為 新型的功率控制器件。
100-1000。飽和壓降大,速度慢。下圖虛線部 分即是達林頓管。
圖1-1:達林頓管應用
實際比較常用的是達林頓模塊,它把 GTR、續(xù)流二極管、輔助電路做到
一個模塊內(nèi)。在較早期的功率電子設備中,比較多地使用了這種器件。圖 1-2 是這種器件的內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)。
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圖1-2:達林頓模塊電路典型結(jié)構(gòu)
兩個二極管左側(cè)是加速二極管,右側(cè)為續(xù)流二極管。加速二極管的原理是引進了電 流串聯(lián)正反饋,達到加速的目的。
這種器件的制造水平是 1800V/800A/2KHz、600V/3A/100KHz 左右(參考)。
三. 可控硅 SCR
可控硅在大電流、高耐壓場合還是必須的,但在常規(guī)工業(yè)控制的低壓、中小電流控 制中,已逐步被新型器件取代。
目前的研制水平在 12KV/8000A 左右(參考)。
由于可控硅換流電路復雜,逐步開發(fā)了門極關(guān)斷晶閘管GTO。制造水平達到 8KV/8KA,
頻率為 1KHz左右。
無論是 SCR 還是 GTO,控制電路都過于復雜,特別是需要龐大的吸收電路。而且,
速度低,因此限制了它的應用范圍拓寬。
集成門極換流晶閘管IGCT和MOS關(guān)斷晶閘管之類的器件在控制門極前使用了MOS柵,
從而達到硬關(guān)斷能力。
四. 功率 MOSFET
又叫功率場效應管或者功率場控晶體管。
其特點是驅(qū)動功率小,速度高,安全工作區(qū)寬。但高壓時,導通電阻與電壓的平方
成正比,因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。
適合低壓 100V 以下,是比較理想的器件。
目前的研制水平在 1000V/65A 左右(參考)。商業(yè)化的產(chǎn)品達到 60V/200A/2MHz、 500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。
五. IGBT
又叫絕緣柵雙極型晶體管。
這種器件的特點是集 MOSFET 與 GTR 的優(yōu)點于一身。輸入阻抗高,速度快,熱穩(wěn)定性
好。通態(tài)電壓低,耐壓高,電流大。
目前這種器件的兩個方向:一是朝大功率,二是朝高速度發(fā)展。大功率 IGBT 模塊達 到 1200-1800A/1800-3300V 的水平(參考)。速度在中等電壓區(qū)域(370-600V),可達 到 150-180KHz。
它的電流密度比 MOSFET 大,芯片面積只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET 低。
盡管電力電子器件發(fā)展過程遠比我們現(xiàn)在描述的復雜,但是 MOSFET 和 IGBT,特別 是 IGBT 已經(jīng)成為現(xiàn)代功率電子器件的主流。因此,我們下面的重點也是這兩種器件。
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