侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

电力电子器件的最新发展趋势

2012-03-24 11:17
科技潮人
关注

  2.新型大功率IGBT模块 - 电子注入增强栅晶体管IEGT(Injection Enhanced Gate Trangistor)

  近年来,日本东芝公司开发了IEGT,与IGBT一样,它也分平面栅和沟槽栅两种结构,前者的产品即将问世,后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些优点:低的饱和压降,宽的安全工作区(吸收回路容量仅为GTO的1/10左右),低的栅极驱动功率(比GTO低2个数量级)和较高的工作频率。加之该器件采用了平板压接式电极引出结构,可望有较高的可靠性。

  IEGT之所以有前述这些优良的特性,是由于它利用了“电子注入增强效应"。为了简要说明这一效应,将IGBT及IEGT单胞示意图示于图4。与IGBT相比,IEGT结构的主要特点是栅极长度Lg较长,N长基区近栅极侧的横向电阻值较高,因此从集电极注入N长基区的空穴,不像在IGBT中那样,顺利地横向通过P区流入发射极,而是在该区域形成一层空穴积累层。为了保持该区域的电中性,发射极必须通过N沟道向N长基区注入大量的电子。这样就使N长基区发射极侧也形成了高浓度载流子积累,在N长基区中形成与GTO中类似的载流子分布,从而较好地解决了大电流、高耐压的矛盾。目前该器件已达到4.5kV /1kA的水平。

  三、MOS门控晶闸管

  MOS门极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。 MOS门控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是 MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构。但是,这种器件要真正成为商业化的实用器件,达到取代GTO的水平,还需要相当长的一段时间。

  四、采用新型半导体材料制造的新型功率器件

  至今,硅材料功率器件已发展得相当成熟。为了进一步实现人们对理想功率器件特性的追求,越来越多的功率器件研究工作转向了对用新型半导体材料制作新型半导体功率器件的探求。研究表明,砷化镓FET和肖特基整流器可以获得十分优越的技术性能。Collins et al公司 用GaAs VFETs 制成了10MHz PWM 变换器,其功率密度高达500W/in3。高压(600V)砷化镓高频整流二极管近年来也有所突破,SiC材料和功率器件的研究工作十分活跃。

  1.高压砷化镓高频整流二极管

  随着变换器开关频率的不断提高,对快恢复二极管的要求也随之提高。众所周知,砷化镓二极管具有比硅二极管优越的高频开关特性,但是由于工艺技术等方面的原因,砷化镓二极管的耐压较低,实际应用受到局限。为适应高压、高速、高效率和低EMI应用需要,高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola 公司研制成功。与硅快恢复二极管相比,这种新型二极管的显著特点是:反向漏电流随温度变化小、开关损耗低、反向恢复特性好。

  ●碳化硅与碳化硅 ( SiC ) 功率器件

  在用新型半导体材料制成的功率器件中,最有希望的是碳化硅 ( SiC )功率器件。它的性能指标比砷化镓器件还要高一个数量级,碳化硅与其他半导体材料相比,具有下列优异的物理特点: 高的禁带宽度,高的饱和电子漂移速度,高的击穿强度,低的介电常数和高的热导率。上述这些优异的物理特性,决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的半导体材料。在同样的耐压和电流条件下,SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍,即使高耐压的 SiC场效应管的导通压降,也比单极型、双极型硅器件的低得多。而且,SiC器件的开关时间可达10nS量级,并具有十分优越的 FBSOA。

  SiC可以用来制造射频和微波功率器件,各种高频整流器,MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已在Motorola公司研发成功,并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件(包括用于喷气式引擎的传感器)。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下工作的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件,用于工业和电力系统。

  理论分析表明,SiC功率器件非常接近于理想的功率器件。可以预见,各种SiC器件的研究与开发,必将成为功率器件研究领域的主要潮流之一。但是,SiC材料和功率器件的机理、理论、制造工艺均有大量问题需要解决,它们要真正给电力电子技术领域带来又一次革命,估计至少还需要十几年的时间。

  五、结论

  经过人们的不懈努力,虽然硅双极型及场控型功率器件的研究已趋成熟,但是它们的性能仍在不断得到提高和改善,近年来出现的IGCT和IEGT可望比MCT更早地取代GTO。采用GaAs,碳化硅等新型半导体材料制成功率器件,实现人们对“理想器件”的追求,将是下个世纪电力电子器件发展的主要趋势。

  作者简介:

  钱照明:浙江大学电气工程学院教授,博士生导师。主要从事现代电力电子器件及其相关应用技术、特种工业电源(包括:高频开关电源、大功率脉冲电源、低压大功率电源、电光源电源等)及电力电子系统电磁兼容等方面研究工作。

  陈辉明:浙江大学电气工程学院副教授。主要从事电力电子器件、感应加热电源等研究工作

  吕征宇:教授。主要从事电磁兼容、智能控制、软开关功率变换器和电力电子器件等研究工作。

<上一页  1  2  3  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号