ความหมายและการจำแนกประเภทของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกส่วน

อุปกรณ์ไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ ในฐานะองค์ประกอบพื้นฐานที่สุดของระบบอิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค การสื่อสารผ่านเครือข่าย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการทหาร เครื่องมือวัด ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ ในบทความนี้ Chendaxing จะแนะนำคำจำกัดความและการจำแนกประเภทของอุปกรณ์ไฟฟ้า

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกมีการกำหนดไว้อย่างไร

อุปกรณ์แยกส่วนเซมิคอนดักเตอร์กำลัง (Power Electronic Devices) หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง หมายถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถนำมาใช้โดยตรงในวงจรหลักเพื่อประมวลผลพลังงานไฟฟ้า จึงสามารถแปลงหรือควบคุมพลังงานได้ หน้าที่ของพวกมันส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการแปลงกำลัง การขยายกำลัง การสลับกำลัง การป้องกันวงจร และการแก้ไข

อุปกรณ์แยกส่วนเซมิคอนดักเตอร์กำลังสามารถแบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองประเภทหลัก ๆ ได้แก่ อุปกรณ์แยกส่วนเซมิคอนดักเตอร์กำลัง (รวมถึงโมดูลกำลัง) และวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์กำลัง (Power IC) ในจำนวนนี้ อุปกรณ์แยกส่วนเซมิคอนดักเตอร์กำลังหมายถึงอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่พื้นฐานเฉพาะและไม่สามารถแบ่งย่อยตามหน้าที่ได้อีก

ในปี 1957 บริษัท General Electric (GE) ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาไทริสเตอร์เกรดอุตสาหกรรมเครื่องแรกของโลก- ซึ่งถือเป็นจุดกำเนิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกส่วน การพัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกได้ผ่านขั้นตอนแรกที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ไทริสเตอร์ ขั้นตอนที่สองแสดงโดย MOSFET และ IGBT และขณะนี้กำลังเข้าสู่ขั้นตอนใหม่ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบนด์แกป-แบบกว้าง

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกถูกจำแนกประเภทอย่างไร?

ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอุปกรณ์ พวกมันถูกจำแนกเป็นไดโอด ทรานซิสเตอร์กำลัง ไทริสเตอร์ และอื่นๆ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ ทรานซิสเตอร์กำลังยังแบ่งออกเป็นทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยก (BJT) ทรานซิสเตอร์เอฟเฟ็กต์ฟิลด์-เอฟเฟ็กต์ทรานซิสเตอร์ (JFET) -ออกไซด์-สนามเซมิคอนดักเตอร์ของโลหะ-เอฟเฟ็กต์ทรานซิสเตอร์ (MOSFET) และ-ทรานซิสเตอร์เกตไบโพลาร์แบบหุ้มฉนวน (IGBT)

ขึ้นอยู่กับความสามารถในการจัดการพลังงาน อุปกรณ์เหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แยกแรงดันต่ำ-, พลังงานต่ำ- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกกำลังปานกลาง- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแยกกำลังสูง- และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แยกกระแสไฟฟ้าแรงสูง- กำลังสูงพิเศษ-สูง-

ขึ้นอยู่กับลักษณะของสัญญาณที่ใช้ระหว่างขั้วต่อควบคุมและขั้วต่อทั่วไปโดยวงจรขับเคลื่อน (ไม่รวมพาวเวอร์ไดโอด) สัญญาณเหล่านี้สามารถจำแนกได้เป็นประเภท-ตัวขับเคลื่อนและแรงดันไฟฟ้า-

ขับเคลื่อนด้วยกระแส-: อุปกรณ์แยกกำลังของเซมิคอนดักเตอร์ที่ถูกปิดโดยการฉีดหรือแยกกระแสไฟฟ้าออกจากส่วนควบคุม

ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า-: จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เปิดหรือปิดโดยใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้าเฉพาะระหว่างขั้วต่อควบคุมและขั้วต่อทั่วไป

ขึ้นอยู่กับระดับที่สัญญาณวงจรควบคุมควบคุมอุปกรณ์ สามารถจำแนกประเภทสัญญาณเหล่านั้นเป็นแบบไม่มีการควบคุม กึ่ง{0}}ควบคุม และควบคุมเต็มรูปแบบ

อุปกรณ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้: อุปกรณ์แยกสารกึ่งตัวนำกำลังซึ่งสถานะเปิด/ปิดไม่สามารถควบคุมได้ด้วยสัญญาณควบคุม อุปกรณ์ตัวแทน ได้แก่ พาวเวอร์ไดโอด

อุปกรณ์กึ่งควบคุม-: อุปกรณ์กำลังที่สามารถควบคุมการนำไฟฟ้าได้ด้วยสัญญาณควบคุม แต่ไม่สามารถควบคุม-การปิดเครื่องได้ อุปกรณ์ตัวแทนประกอบด้วยไทริสเตอร์และอุปกรณ์อนุพันธ์ส่วนใหญ่

อุปกรณ์ควบคุมเต็มรูปแบบ: อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแยกซึ่งสัญญาณควบคุมสามารถควบคุมทั้ง-การเปิดและปิด- อุปกรณ์ที่เป็นตัวแทน ได้แก่-เกตทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์แบบหุ้มฉนวน (IGBT) ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามพลังงาน- (FET) และเกต-ปิด-ไทริสเตอร์

ขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของพาหะประจุทั้งสองประเภท-อิเล็กตรอนและรู-ในการนำไฟฟ้าของอุปกรณ์ อุปกรณ์แยกเซมิคอนดักเตอร์กำลังสามารถจำแนกได้เป็นอุปกรณ์ยูนิโพลาร์ อุปกรณ์ไบโพลาร์ และอุปกรณ์คอมโพสิต

อุปกรณ์ยูนิโพลาร์: อุปกรณ์แยกกำลังของเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีพาหะประจุเพียงประเภทเดียว (อิเล็กตรอนหรือรู) มีส่วนร่วมในการนำ;

อุปกรณ์ไบโพลาร์: อุปกรณ์แยกกำลังของสารกึ่งตัวนำไฟฟ้าซึ่งมีทั้งอิเล็กตรอนและรูมีส่วนร่วมในการนำไฟฟ้า

อุปกรณ์คอมโพสิต: อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแยกที่เกิดขึ้นจากการรวมอุปกรณ์ยูนิโพลาร์และไบโพลาร์เข้าด้วยกัน

ขึ้นอยู่กับวัสดุพื้นผิวที่ใช้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังแบบแยกที่มีอยู่สามารถแบ่งได้เป็นสามรุ่น:

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ยุคแรก-โดยหลักแล้วจะแสดงด้วยเจอร์เมเนียม (ผลิตภัณฑ์ในยุคแรกๆ ซึ่งปัจจุบันไม่ธรรมดา) และซิลิคอน

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สอง-ส่วนใหญ่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) และอินเดียมฟอสไฟด์ (InP)

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม-ส่วนใหญ่เป็นวัสดุ-แบนด์แกปเซมิคอนดักเตอร์แบบกว้าง เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN)