Analys av Power Transistor Technology

Utvecklingsstatus för krafttransistorer
Efter decennier av utveckling har betydande framsteg gjorts. Från tidiga bipolära transistorer (BJT) till dagens metalloxidhalvledarfälteffekttransistorer (MOSFET) och bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT), har effekttransistorer förbättrats avsevärt när det gäller resistans, omkopplingshastighet, spänningsresistans och effekttäthet.

Bipolär transistor (BJT)
BJT är en tidig mycket använd krafttransistor med hög strömförstärkning och goda linjära egenskaper, men dess omkopplingshastighet är relativt långsam och ledningsförlusten är stor.

Metalloxidhalvledarfälteffekttransistor (MOSFET)
MOSFET-enheter har hög ingångsimpedans, låg resistans och snabba kopplingsegenskaper, vilket gör dem lämpliga för höghastighetsomkoppling och lågspänningstillämpningar. Det används i stor utsträckning inom områden som switchande strömförsörjning, DC-DC-omvandlare och elfordon.

Isolerad gate bipolär transistor (IGBT)
IGBT kombinerar den låga ledningsförlusten hos BJT med den höga ingångsimpedansen och snabba omkopplingsegenskaperna hos MOSFET, vilket gör den lämplig för högspännings- och högströmstillämpningar som växelriktare och motordrivningar.

Huvudsorter
Effekttransistorer är huvudsakligen indelade i följande kategorier, var och en med sina unika egenskaper och tillämpningsscenarier:
Lågspännings MOSFET
Används huvudsakligen i lågspännings- och höghastighetsswitchapplikationer, såsom datormoderkort, batterihanteringssystem och bärbara elektroniska enheter. Den har extremt lågt motstånd, snabb växlingshastighet och låg strömförbrukning.

Högspännings MOSFET
Används främst inom områden som energihantering, belysning och elfordon. Den har hög spänningsresistans och låg ledningsförlust, men omkopplingshastigheten är relativt låg.

IGBT (på engelska)
Används huvudsakligen i högspännings- och högströmstillämpningar, såsom växelriktare, frekvensomvandlare och motorstyrsystem för elfordon. Den kombinerar fördelarna med BJT och MOSFET, men presterar dåligt i högfrekventa applikationer.

Suprajunction MOSFET
Det är en förbättrad MOSFET som avsevärt minskar på-resistansen och förbättrar motståndsspänningsförmågan genom att optimera transistorstrukturen. Det används ofta i högeffektiva nätaggregat och växelriktare.

Nyckeltekniska parametrar
När du väljer och använder krafttransistorer måste följande viktiga tekniska parametrar beaktas:
På motstånd (RDS (på))
Ju lägre på-motstånd, desto mindre på-förlust, vilket hjälper till att förbättra systemets effektivitet. Motresistansen för MOSFET:er är vanligtvis lägre än för BJT:er och IGBT:er.

Maximal ström (ID)
Det hänvisar till den maximala ström som en transistor kan motstå, och valet bör säkerställa att den kan uppfylla strömkraven för kretsen.

Spänningsmotstånd (VDS eller VCE)
Det hänvisar till den maximala spänning som en transistor kan motstå när den är avstängd. Kraven på spänningsresistans varierar i olika tillämpningsscenarier, och lämplig modell bör väljas efter specifika behov.

Växlingshastighet (tr och tf)
Det hänvisar till den tid det tar för en transistor att gå från att leda till att koppla från eller från att koppla bort till att leda. Höghastighetsomkopplarapplikationer kräver val av transistorer med snabba omkopplingshastigheter.

Effektförlust (PD)
Det hänvisar till värmen som genereras av en transistor under dess drift. Det är nödvändigt att välja transistorer med god värmeavledningsprestanda för att säkerställa deras stabila drift under höga effektförhållanden.

Applikationsscenarier
Effekttransistorer används i stor utsträckning inom olika områden, och följande är flera typiska tillämpningsscenarier:
Växlingsläge strömförsörjning
Vid byte av strömförsörjning används MOSFET och IGBT i stor utsträckning för effektiv energiomvandling. MOSFET:er är lämpliga för strömförsörjning med låg spänning, medan IGBT:er används för strömförsörjning med hög spänning.

elektriskt fordon
Motorstyrnings- och energiledningssystemet i Kina använder i stor utsträckning IGBT och MOSFET. IGBT är lämplig för motordrift med hög spänning och hög ström, medan MOSFET används för batterihantering och DC-DC-omvandlare.

Fotovoltaisk inverterare
Effekttransistorer används för att omvandla likström till växelström. IGBT och superjunction MOSFET används ofta i sådana högeffektiva energiomvandlingsenheter.

industriell automation
Inom området industriell automation används krafttransistorer för motordrifter, frekvensomvandlare och servosystem. Dess effektiva och pålitliga egenskaper säkerställer en stabil drift av systemet
Framtida utvecklingstrender
Krafttransistorteknologi kommer att fortsätta att utvecklas och utvecklas i framtiden, med viktiga trender inklusive:

Förbättra effektiviteten och minska strömförbrukningen
Genom att optimera transistorstrukturen och materialen, ytterligare minska på resistansen och kopplingsförlusterna, förbättra systemets effektivitet och minska energiförbrukningen.

Applicering av nya material
Tillämpningen av halvledarmaterial med breda bandgap som kiselkarbid SiC och galliumnitrid GaN i krafttransistorer blir allt mer utbredd. SiC- och GaN-transistorer har egenskaperna högspänningsresistans, hög frekvens och låg förlust, och kommer att spela en viktig roll inom området för effektiv energiomvandling.

Integration och intelligens
Att integrera krafttransistorer, drivkretsar och skyddskretsar i ett paket för att bilda en intelligent kraftmodul (IPM) förenklar designen och förbättrar tillförlitligheten. Intelligenta kraftmoduler kommer att användas i stor utsträckning inom områden som industriell automation, elfordon och hushållsapparater.

Högfrekvent konvertering
Med framväxten av högfrekvensapplikationer som trådlös laddning och 5G-kommunikation krävs att krafttransistorer har högre switchfrekvenser. Nya material och design kommer att driva utvecklingen av krafttransistorer i högfrekvensapplikationer.

Miniatyrisering
Med utvecklingen av elektroniska enheter mot tunna, lätta och kompakta storlekar kommer krafttransistorer också att utvecklas mot mindre storlekar och högre effekttätheter för att möta behoven hos bärbara och miniatyriserade enheter.

 

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-ao3406.html