• 功率器件——MOSFET的地位和角色

    2021-08-26

    公開資料顯示,功率器件是分立器件的一個重要分支,可分為功率分立器件、功率模組和功率IC三大類。據了解,功率器件是進行電能(功率)處理的核心器件,用于改變電子裝置中電壓和頻率、直流交流轉換等。其應用領域極其廣泛,幾乎涵蓋汽車電子、工業控制、消費電子、太陽能、風電、數據中心、計算機、照明、軌道交通等行業。


    金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)則是功率分立器件的主體之一,最早可以追溯到1960年。具有輸入阻抗高、驅動功率低、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區寬、熱穩定性好等優點,無論是在IC設計里,還是板級電路應用上,都十分廣泛。尤其在大功率半導體領域,各種結構的MOSFET更是發揮著不可替代的作用。


    據悉,以MOSFET為代表的功率器件在汽車領域的應用主要輔助驅動各種電動馬達,包括通風系統、雨刮器、電動車窗等;同時,在電動助力轉向系統、電制動系統等動力控制系統,以及DC/DC轉換器、電池管理系統等功率變換模塊中也發揮著關鍵的作用。


    除了MOSFET,功率分立器件還包括IGBT、功率二極管、功率雙極晶體管、晶閘管。事實上,功率分立器件發展史長達半個世紀,其應用史可以追溯到20世紀50年代,這里就不過多贅述。


    從發展來看,最早的功率器件以不可控型的二/三極管為主,主要用于工業和電力系統;之后是半控型的晶閘管,主要用于實現可控性改良;再者是全控型的MOSFET和IGBT等,主要用于實現高頻率、大幅提升低損耗性能;此后,相比普通MOSFEF導通電阻更小,體積小,損耗更低的超結MOSFET出現,滿足了市場大功率和高頻化的應用需求。


    經過半個世紀的發展,由于半導體材料硅(Si)的性能開發已接近物理極限,以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)的第三代半導體材料的發展開始受到重視。


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