功率半导体工作原理是什么?功率半导体发展趋势如何?

功率半导体器件又被称为电力电子器件，是电力电子技术的基础，了解功率半导体有助于在电子电力技术方面的进步。为增进大家对功率半导体的认识，本文将对功率半导体的工作原理以及功率半导体模块的发展趋势予以介绍。如果你对功率半导体具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、功率半导体工作原理

功率半导体是一类能够控制和调节大电流和高电压的半导体器件。它可以将小信号控制电流或电压转换成大信号输出，广泛应用于电力电子、工业自动化、交通运输、新能源等领域。常见的功率半导体器件包括功率二极管、IGBT、MOSFET、GTO等。

功率半导体的工作原理可以分为三个阶段：导通、截止和反向恢复。

在导通状态下，当控制信号输入时，功率半导体器件的导通电阻将迅速降低，电流可以从其正极流向负极。在导通状态下，功率半导体器件将消耗一定的功率，但是其导通电阻很小，因此可以实现高效的能量转换。

在截止状态下，当控制信号消失时，功率半导体器件的导通电阻将迅速上升，电流将停止流动。在截止状态下，功率半导体器件的功率损耗很小，因此可以实现高效的能量控制。

在反向恢复过程中，当功率半导体器件从导通状态转换到截止状态时，其内部将会产生反向恢复电荷和电压，需要一定的时间才能消散。反向恢复时间取决于器件结构和材料等因素，通常在几十纳秒到几百纳秒之间。反向恢复时间长将导致器件开关速度变慢，产生电磁干扰等问题，因此要尽可能地缩短反向恢复时间。

功率半导体器件可以通过控制输入信号的波形、幅值、频率等参数，实现电流、电压、功率等方面的控制和调节。在不同的应用领域中，功率半导体器件有着各种各样的类型和结构，例如功率二极管、IGBT、MOSFET、GTO等，以满足不同的需求和应用场景。

在电力电子应用中，功率半导体器件可以实现高效的能量转换和控制，例如直流电源的开关电源、交流电源的调节、电机的控制和变频等。在工业自动化应用中，功率半导体器件可以实现高精度的电流、电压和功率调节，例如可编程逻辑控制器(PLC)和工业机器人等。在交通运输和新能源应用中，功率半导体器件可以实现高效的能量转换和控制，例如电动汽车。

二、功率半导体模块的发展趋势

功率电子模块的集成度。半导体模块之间的差异，不仅仅体现在连接技术方面。另一个差别因素是附加有源和无源器件的集成度。根据集成度不同，可分为以下几类：标准模块，智能功率模块(ipm)，(集成)子系统。在ipm被广泛使用(尤其在亚洲地区)的同时，集成子系统的使用只刚刚起步。

1、智能功率模块

智能功率模块的特点在于除了功率半导体器件外，还有驱动电路。许多ipm模块也配备了温度传感器和电流平衡电路或用于电流测量的分流电阻。通常智能功率模块也集成了额外保护和监测功能，如过电流和短路保护，驱动器电源电压控制和直流母线电压测量等。

然而，大部分智能功率模块没有对功率侧的信号输入进行电气隔离。只有极少数的ipm包含了一个集成光耦。另一种隔离方案是采用变压器进行隔离。

通常，小规模的ipm的特点在于其引线框架技术。穿孔铜板用作功率开关和驱动ic的载体。通过一层薄薄的塑料或绝缘金属板进行散热。

用于中高功率应用的ipm模块的设计特点是将模块分为两个层次。功率半导体在底部，驱动器和保护电路在上部。本领域内名气最大的ipm是赛米控的skiip?，已面市超过了10年。这种无底板ipm系列产品的最大额定电流是2400a，包括一个驱动器和保护功能，加上电流传感器、电气隔离和电源。这些模块装在风冷或水冷冷却器上，并在供货前进行全面的测试。

一个有趣的趋势是将标准模块升级为ipm。可直接或使用带驱动电路(通过弹簧连接)的适配器板来进行升级。赛米控的skypertm驱动器是这方面理想的产品。

2、集成子系统

所有这些ipm的共同点是真实的“智能”，即将设定点值转换成驱动脉冲序列的控制器不包含在模块中。赛米控是250kw以下转换器用集成子系统的核心制造商。skaitm模块也是ipm，其特点是集成了dsp控制器，除脉宽调制外，还可进行其它通信任务。这些子系统也包含集成直流环节电容器，一个辅助电源，精密电流传感器和一个液体冷却器。

以上就是小编这次想要和大家分享的有关的功率半导体的内容，希望大家对本次分享的内容已经具有一定的了解。如果您想要看不同类别的文章，可以在网页顶部选择相应的频道哦。