半导体功率器件的散热计算(精)

半导体功率器件的散热计算

晨怡热管2006-12-31 0:58:06

【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。

【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却

一、半导体功率器件的类型和功耗特点

一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。

按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。

1、半导体功率放大器件

半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。

也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。

半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流：

P D=U ce·I c

（式1—1）

式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。

I c

为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。

线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。

2、半导体功率开关器件

半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。

理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所以功耗为零；导通（饱和）时流过它的电流较大，但其两端的电压降为零，所以功耗也为零。也就是说，理想的开关器件的理论效率为100%（无损耗）。

但实际的半导体功率开关器件在关断（截止）时，其两端的电压最高，但电流不为零，总有一定的反向穿透电流I O，则其关断（截止）时的功耗为：

P OFF= U ce·I O（式1—2）

式中：P OFF为半导体功率开关器件在关断时的功耗（单位W）。

U ce为半导体功率开关器件集电极—发射极之间或阳极—阴极之间的的电压（单位V）。

I O为半导体功率开关器件的反向穿透电流（单位A）。

由于目前常用的半导体功率开关器件大多数是使用硅材料制造的，其反向穿透电流一般为微安级，所以半导体功率开关器件在关断时的功耗实际上是很小的，一般为毫瓦级。

实际的半导体功率开关器件在导通（饱和）时，其两端的电压很低，称为导通压降（饱和压降），对于常用的硅器件大约为0.3伏，但由于导通电流一般很大，约为几安到几十安，甚至几百安，所以其导通（饱和）时的功耗一般为几瓦到几十瓦。

实际的半导体功率开关器件在导通（饱和）时，其功耗为：

P on= U S·I S（式1—3）

式中：P on为半导体功率开关器件在导通（饱和）时的功耗（单位W）。

U S为半导体功率开关器件导通压降或饱和压降（单位V）。

I S为半导体功率开关器件的导通电流或饱和电流（单位A）。

另外，实际的半导体功率开关器件在导通（饱和）和关断（截止）状态之间转换时必然要经过一个中间过程，这个过程的电压和电流均较大，如果开关器件的开关特性良好，则这个过程时间很短，功耗较小；如果开关器件的开关特性较差，则这个过程时间较长，功耗较大。

以上三个过程的功耗之和，就是实际的半导体功率开关器件在一个工作周期内的功耗。

综上所述，无论是半导体功率放大器件还是半导体功率开关器件在工作时都不可避免地产生功率损耗，功耗的能量将以热量的形式散发出来，使半导体器件的温度升高。

二、功耗、热阻和温升

如前所述，半导体功率器件的管耗将会使半导体器件的温度升高。当半导体器件的温度升高到一定值时，其内部结构，即PN结将破坏而使器件失效。例如，对于锗材料器件，结温度达到约90℃时PN结将会破坏，而对于硅材料器件，这个温度大约是200℃。

为了使半导体功率器件能正常工作，锗材料器件的极限工作温度一般规定为80℃，而硅材料器件的极限工作温度一般规定为150℃。

如果能把半导体功率器件工作时发出的热量及时散发到周围环境中去，则其工作温度就可能维持在极限工作温度以下，器件就可以处于安全的温度环境之中。

对于不同散热条件的器件，消耗同样功率时的温升是不同的。我们把每单位功耗下器

件系统的温升定义为热阻，一般用符号Rθ表示，其单位是W/℃。

器件系统的热阻等于其管芯的热量传递到周围环境的传热途径上所有环节的热阻的总和，即：

R jAθ=R jCθ+R CS

θ+R SAθ（式2—1）

式中：

R jAθ—器件外壳的总热阻

R jCθ—管芯到外壳的热阻

R CS

θ—外壳到器件表面的热阻

R SAθ—器件表面到周围环境的热阻

图2 —1为半导体功率器件安装的示意图

图2 — 1 半导体功率器件安装示意图

图2 — 2为半导体功率器件的传热途径和热阻示意图

图2 — 2 半导体功率器件的传热途径和热阻示意图

在热传导过程中，功耗温升与热阻之间有以下关系：

P D = ∑?θR T

（式2—2）

式中：

P D — 半导体器件的功耗，单位：W ΔT — 芯片与环境的温度差，单位：℃

∑ Rθ—在ΔT的温差下，传热系统各环节热阻的总和，

单位：℃/W

下面把（式2—1）中的各项热阻作如下说明：

1、R jAθ—器件外壳的总热阻

该项热阻主要由整个器件（包括管芯、底板、管壳）的材料、结构所决定。

表2 —1给出了几种不同封装的半导体功率器件的R jAθ值。

θ

jA

2、R jCθ—管芯到外壳的热阻

该项热阻主要与器件的底座的材料和尺寸有关，铜底座和厚板结构者热阻较小。

表2 —2给出了几种不同封装的半导体功率器件的R jC

θ值。

θ

jC

3、R CS

θ—外壳到器件表面的热阻

该项热阻主要由器件外壳的材质和厚度和封装方式决定。铜质厚板的器件热阻最小，铁质薄板的次之，塑料封装的热阻最大。该项热阻也和是否装有散热板以及管壳与散热板之间的导热介质有关。

表2 —3给出了几种不同封装和不同导热介质的半导体功率器件的R CS

θ值。

θ

CS

4、散热器的热阻R Tf

该项热阻主要由器件的散热系统的材料和结构有关。

铜质的散热器热阻最小，铝质散热器热阻也较小，铁质散热器的热阻较大，而不外加散热器时热阻最大；采用自然空气冷却时的热阻较大，采用强制风冷时的热阻较小。

散热器的的表面积，即散热器与空气直接接触的面积是决定散热器热阻的主

要参数。此外，散热器的安装位置对热阻也有影响。例如水平放置的平板散热器的热阻比垂直放置的要大。

铝质平板散热器的热阻可参考表2 — 4

散热器表面

积（cm2）

100 200 300 400 500 600以上

热阻R Tf

4.5 —

6 ℃/W

3.5 —

4.5 ℃/W

3 —

3.5℃/W

2.5 —

3 ℃/W

2 —

2.5 ℃/W

1.5 —

2.5 ℃/W 铝质平板散热器的热阻也可参考图2 —3选取

图2 — 3 铝质平板散热器的热阻

三、计算实例

现有一只S —7封装的硅功率半导体器件，查器件手册得知其极限运用温度T jM=150℃，现根据其工作条件决定工作环境温度T A=70℃。

1、求它在不带散热器时的极限功耗。

2、若它在实际工作时的功耗为750mw，极限运用温度T jM为125℃，求它在不带散热器时的极限环境温度。

3、若要求它的实际功耗为5.5W，允许的最高器件工作温度为100℃，允许最高工作环境温度为40℃。问该器件正常工作时是否需要加装散热器？如果要加装平板散热器，又要求散热器垂直放置，求所需的散热器面积。

解：

1、查表表2 —1，得S —7封装的器件的热阻R jC =63 ℃/W

代入式2 —2：

P D = ∑?θR T =jA

A

jM R T T θ-

=

6370

150-=1.27(W) 也就是说，S — 7封装的硅功率半导体器件不带散热器在极限运用温度为T jM =150℃，工作环境温度T A =70℃时的允许功耗不得超过1.27W 。

2、若它在实际工作时的功耗为750mw ，极限运用温度T jM 仍为150℃，据式2 — 2：

P D = ∑?θR T

=jA

A

jM R T T θ-

则： T A =T jM — R jA θ·P D =125 — 63×0.75 =77.75℃

3、若要求它的实际功耗为5.5W ，这已经超出了它在不带散热器时的极限功耗，所以器件必须加装散热器。

加装了散热器之后，总热阻为管芯到外壳的热阻R jC θ、外壳到器件表面，即到散热器的热阻R CS θ及散热器热阻R Tf 之和，则式2 — 2应改写为：

P D =

Tf CS jC A

j R R R T T ++-θθ

由表2 — 2、表2 — 3、分别查得S —7封装的器件的R jC θ=4 ℃/W 、 R CS θ=3 ℃/W ，

把P D =5.5W 、R jC θ=4 ℃/W 、R CS θ=3 ℃/W 代入上式得： 散热器热阻R Tf 应为：

R Tf =

D

A

j P T T -— R jC θ— R CS θ

=5.540

100-— 4 — 3

=3.9℃/W

查表2 — 4或图2 — 3均可得铝平板散热器的面积S=200cm 2

（厚1.5mm ）。 四、工艺问题

在安装散热器时还应注意以下几点工艺问题:：

1、散热器与器件的接触面应平整，在整个接触面内测量，平面度误差不大于0.1mm 。

2、在器件与散热器接触面之间最好涂一层硅脂或凡士林，以增加导热性能，减少热阻。

3、一般用M3或M4的螺拴将器件紧固在散热器上，相应的紧固扭矩大约是 3 — 4N ·m 。扭矩太小会增加热阻，扭矩太大则会使螺拴 — 螺母系统产生非弹性变形，反而减小紧固力，甚至使螺拴 — 螺母系统滑扣而失效。

4、散热器经表面电氧化处理后表面呈黑色，可提高散热效果。

5、大部分的功率半导体器件的金属外壳同时作为一个电极使用，当器件的金属外壳对

应的电极要求对散热器有电绝缘要求时，应使用专用的云母或聚脂绝缘垫片和绝缘垫圈紧固器件，并应在安装后检查确保绝缘良好。

6、如果设备的结构紧凑，空间位置不允许安装足够尺寸的散热器，或器件周围的空间较小，不能保证足够的空气对流，则应考虑使用强制冷却的方法，即在设备内安装冷却风扇。使用体积较小而面积较大的翅式散热器可得到比平板散热器更好的散热效果。一种内部充有优良导热液体的热管散热器，散热性能更为优良，已经逐步应用在高挡的音频功率放大器上。

—全文完—

二００三年五月

参考文献：

1、清华大学电子工程系、工业自动化系编：《晶体管电路》。科学出版社。

2、杨晓东：《集成稳压器的应用设计及热设计》。

功率半导体器件在我国的发展现状

功率半导体器件在我国的发展现状 MOSFET是由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。它的导通跟阻断都由电压控制，电流可以双向流过，其优点是开关速度很高，通常在几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小，适用于各类开关电源。但它也有缺点，那就是在高压环境下压降很高，随着电压的上升，电阻变大，传导损耗很高。 随着电子电力领域的发展，IGBT出现了。它是由BJT和MOS组成的复合式半导体，兼具二者的优点，都是通过电压驱动进行导通的。IGBT克服了MOS的缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点。因此，其广泛应用于开关电源、电车、交流电机等领域。 如今，各个行业的发展几乎电子化，对功率半导体器件的需求越来越大，不过现在功率半导体器件主要由欧美国家和地区提供。我国又是全球需求量最大的国家，自给率仅有10%，严重依赖进口。功率半导体器件的生产制造要求特别严格，需要具备完整的晶圆厂、芯片制造厂、封装厂等产业链环节。国内企业的技术跟资金条件暂时还无法满足。 从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。我国功率半导体器件的生产制造还需要付出很大的努力。制造功率半导体器件有着严格的要求，每一道工序都需要精心控制。最后的成品仍需要经过专业仪器的测试才能上市。这也是为半导体器件生产厂家降低生产成本，提高经济效益的体现。没有经过测试的半导体器件一旦哪方面不及格，则需要重新返工制造，将会增加了企业的生产成本。

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功率器件的发展历程

功率器件的发展历程 IGBT、GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IGCT…… 2009-12-08 08:49 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气(GE)公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。 由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。 电力整流管 整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是： 漏电流小、通态压降较高(1 0～1 8V)、反向恢复时间较长(几十微秒)、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间(几百纳秒至几微秒)是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高(1 6～4 0V)。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路

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半导体器件基础测试题

第一章半导体器件基础测试题（高三） 姓名班次分数 一、选择题 1、N型半导体是在本征半导体中加入下列物质而形成的。 A、电子； B、空穴； C、三价元素； D、五价元素。 2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是。 A、掺杂的工艺； B、杂质的浓度： C、温度； D、晶体的缺陷。 3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 6、理想二极管组成的电路如下图所示，其AB两端的电压是。 A、—12V； B、—6V； C、+6V； D、+12V。 7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是。 A、运用它的反向特性； B、锗管使用在反向击穿区； C、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域； D、都使用正向区域。 8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是。 A、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； B、用万用表的R×10K的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； C、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转； D、用万用表的R×10，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； 9、电路如下图所示，则A、B两点的电压正确的是。 A、U A=3.5V，U B=3.5V，D截止；

功率半导体器件是什么

“power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。 在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。 “power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。 从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。 20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。 这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。

2015年功率半导体器件行业简析

2015年功率半导体器件行业简析 一、行业的定义与分类 (2) 二、行业的发展历史和现状 (3) 三、行业规模 (4) 四、行业的周期性 (6) 五、进入本行业的壁垒 (6) 1、技术壁垒 (6) 2、客户服务壁垒 (7) 六、行业风险因素 (7) 1、投入不足 (7) 2、质量意识差 (8) 七、影响行业未来发展趋势的因素 (8) 1、电子元器件微型化 (8) 2、电子元器件集成化 (9) 3、产业政策大力支持 (9)

一、行业的定义与分类 功率半导体器件是进行电能（功率）处理的半导体产品，典型的功率处理功能包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等，是弱电控制与强电运行间的桥梁，其中大部分是既能耐高压也能承受大电流。半导体产业的发展始于分立器件，所谓“分立”，一般是指被封装的半导体器件仅含单一元件(为了产品应用需要，部分分立器件封装实际上包含二个或多个元件或器件)，它必须和其它类型的元件相结合，才能提供类似放大或开关等基本电学功能。 从产品结构来分，功率半导体分立器件可分为二极管、三极管、功率晶体管、功率集成电路等几大类产品，其中功率晶体管包括有MOSFET和IGBT等。从功率处理能力来分，功率半导体分立器件可分为四大类，包括低压小功率分立器件(电压低于200V，电流小于200mA)、中功率分立器件(电压低于200V，电流小于5A)、大功率分立器件(电压低于500V，电流小于40A)、高压特大功率分立器件(电压低于2,000V，电流小于40A)。 每个电子产品均离不开功率半导体技术。功率半导体的目的是使电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多方便。如通过变频来调速，使变频空调在节能50-70％的同时，更环保、更安静、让人更舒适。人们希望便携式电子产品一次充电后有更长的使用时间，在电池没有革命性进步以前，需要更高性能的功率半导体器件进行高效的电源管理。正是由于功率半导体能将“粗电”变为“精电”，因此它是

18_功率半导体器件应用教学大纲

《功率半导体器件应用》课程教学大纲 课程编号： 课程名称：功率半导体器件应用/ Applications of Power Semiconductor Devices 课程总学时/学分：48/3.0（其中理论36学时，实验12学时） 适用专业：电子科学与技术专业 一、教学目的和任务 功率半导体器件应用是电子科学与技术本科专业必修的一门专业核心课程。 功率半导体器件应用讲述功率器件（分立的和集成）的结构、功能、特性和特征，在此基础上分析当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、静电感应功率器件、双极-MOS功率器件，并包含了可靠工作条件，更进一步讲述其重要应用。根据电子科学与技术本科专业的特点和应用需要，在掌握功率半导体器件基本原理的基础上，使学生对功率半导体器件的应用有一个全面而系统的认识，并培养学生在工程实践中的应用能力，提高学生的创新能力。 二、教学基本要求 通过对计算机控制技术课程的学习，要求学生： （1）了解如何使用和选择功率半导体，以及半导体和PN结的物理特性以及功率器件可靠工作的条件。 （2）熟悉功率器件的可靠工作条件以及在电力电子中的应用。 （3）掌握功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、金属-氧化物-半导体场效应功率晶体管、双极-MOS功率器件的结构、功能及其应用。 （4）掌握功率晶体管、晶闸管、各类晶闸管及其应用、金属-氧化物-半导体场效应功率晶体管、双极-MOS功率器件的结构、功能及其应用。 三、教学内容与学时分配 第一章（知识领域1）：功率半导体器件应用概述（2学时）。 （1）知识点：轨道交通系统中的应用；新能源技术中的应用；智能电网中的应用。 （2）重点与难点：重点是轨道交通系统中的应用、新能源技术中的应用和智能电网中的应用。 第二章（知识领域2）：双极结型功率晶体管（2学时）。 （1）知识点：双极结型晶体管结构的基本特性；功率晶体管的基本特性；功率晶体管

功率器件知识

功率器件知识 功率器件的主要功能是进行电能的处理与变换（比如变压、变流、变频、功放等）。主要应用领域是开关电源、电机驱动与调速、UPS 等等，这些装置都需输出一定的功率给予电器，所以电路中必须使用功率半导体。另一重要应用领域是发电、变电与输电，这就是原本意义上的电力电子。 功率器件的应用领域：消费电子24%，工业控制23.4%，计算机21.8%，网络通信20.5%，汽车电子5.2%。 任何电器设备都需要电源，任何用电机的设备都需要电机驱动。作为目前国际上主流的功率半导体器件，包括VD-MOSFET和IGBT，克服了以前功率半导体器件工业频率低、所需要的配套电感、电容、变压器等体积大、能耗高等缺点，制备工艺使用的设备和工艺线的要求与集成电路基本相同，完全不同于用台面技术和粗放光刻的晶闸管、台面二极管、功率BJT的制造。 全球能源需求的不断增长以及环境保护意识的逐步提升使得高效、节能产品成为市场发展的新趋势。MOSFET等功率器件越来越多地应用到整机产品中。我国用于电机的电能占我国总发电量的60%多。如果全国电机的驱动都采用功率半导体进行变频调速就可以节能大约 1/4 到 1/3，也就是说可节约全国总发电量的15%至20%。功率半导体还是信息产品、计算机、消费电子和汽车这4C产业的基础产品，当前用于4C产业的功率半导体已占功率半导体总量的70%多。

功率器件包括功率IC（半导体元件产品统称）和功率分立器件。 功率分立器件主要包括功率MOSFET、大功率晶体管和IGBT等半导体器件。功率IC和MOSFET的市场份额较大，分别占40.4%和26.0%市场份额，是中国功率半导体市场上最重要两个产品，此外大功率晶体管、达林顿管、IGBT和晶闸管也占有一定市场份额。 功率器件的中国市场结构：电源管理IC 40.4%，MOSFET26.0%，大功率晶体管13.7%，达林顿管5.3%，IGBT4.2%，晶闸管1.8%。 由于下游终端产品很多已向国内转移，其上游的功率器件市场也一直保持较快的发展速度。02-06年中国功率器件市场复合增长率29.4%，未来5年复合增长率19.1%，2011年达1680.4亿元。 国外厂商处于主导地位，国内厂商奋起直追。从功率半导体厂商的类型来看，多数功率芯片厂商是IDM（智能分销管理系统）厂商，Fabless（无生产线的IC设计公司）也占据了一定比例。美国、日本和欧洲功率芯片厂商大部分属于IDM 厂商，而中国台湾厂商则绝大多数属于Fabless厂商。 其中MOSFET在中国目前的市场规模为174.8亿元。MOSFET根据不同的耐压程度，有着不同的应用：耐压20v-应用领域手机、数码相机，30v-计算机主板、显卡，40v-机顶盒和电动自行车，60v-UPS、汽车雨刷、汽车音响、马达控制，80v-LCD TV、LCD 显示器和其他仪器仪表，150-400v-照明、CRT 电视、背投电视、电热水器和洗衣机等，400-800v-发动机启动器、车灯控制、电机控制，嵌入式电源和电源适配器，500-1000v-高压变频器、发电和变电设备。

13种常用的功率半导体器件介绍

13种常用的功率半导体器件介绍 电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管 MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点： （1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2； （2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V； （3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s； （4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断； 2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors） IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。 IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT

SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景

SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景 近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。本文首先介绍了SiC功率半导体器件技术发展现状及市场前景，其次阐述了SiC功率器件发展中存在的问题，最后介绍了SiC功率半导体器件的突破。 SiC功率半导体器件技术发展现状1、碳化硅功率二极管 碳化硅功率二极管有三种类型：肖特基二极管（SBD）、PiN二极管和结势垒控制肖特基二极管（JBS）。由于存在肖特基势垒，SBD具有较低的结势垒高度。因此，SBD具有低正向电压的优势。SiC SBD的出现将SBD的应用范围从250 V提高到了1200 V。同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。在3 kV以上的整流器应用领域，SiC PiN和SiC JBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。 2、单极型功率晶体管，碳化硅功率MOSFET器件 硅功率MOSFET器件具有理想的栅极电阻、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性。在300V以下的功率器件领域，是首选的器件。有文献报道已成功研制出阻断电压10 kV 的SiC MOSFET。研究人员认为，碳化硅MOSFET器件在3kV～5 kV领域将占据优势地位。尽管遇到了不少困难，具有较大的电压电流能力的碳化硅MOSFET器件的研发还是取得了显著进展。 另外，有报道介绍，碳化硅MOSFET栅氧层的可靠性已得到明显提高。在350℃条件下有良好的可靠性。这些研究结果表明栅氧层将有希望不再是碳化硅MOSFET的一个显著的问题。 3、碳化硅绝缘栅双极晶体管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶闸管（SiC Thyristor） 最近报道了阻断电压12kV的碳化硅P型IGBT器件，并具有良好的正向电流能力。碳化硅IGBT器件的导通电阻可以与单极的碳化硅功率器件相比。与Si双极型晶体管相比，SiC 双极型晶体管具有低20～50倍的开关损耗以及更低的导通压降。SiC BJT主要分为外延发

功率半导体器件的直接均流技术

功率半导体器件的直接均流技术 高占成(1)矫健（1）(2)揣荣岩（2）潘福泉(1)（2） （1）北京东菱宏博电气科技发展有限公司北京 100054 （2）沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳 110870 摘要：在认真研究双极注入型功率半导体器件通态特性的基础上，结合装置整机厂的并联技术经验，从器件角度，提出了功率半导体器件的直接均流技术，这一技术已得到了成功验证。 关键词：功率半导体器件、双极注入型、通态特性、门槛电压、直接均流技术 0 引言 无论是基础功率半导体器件如：整流二极管（Rectifier diodes简称RD，含快恢复整流二极管FRD）、晶闸管(SCR，含快速、高频晶闸管)、双向晶闸管（Triac）、逆导晶闸管（RCT）等，还是新型功率半导体器件如：门极关断晶闸管（GTO）、门极换流晶闸管（GCT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等，甚至是绝缘栅双极晶体管（IGBT），由于这些器件都属于双极注入器件，故其通态特性最后都归结到PiN功率二极管的通态特性上来。 在实际应用中，往往有多个器件的并联问题，而并联的核心就是均流，说到底是一个PiN功率二极管的通态特性问题。将PiN功率二极管的通态特性认真研究清楚了，不用任何特殊均流措施的直接均流问题就解决好了。PiN 功率二极管的通态特性研究清楚了，直接均流问题解决好了，就不难推广到FRD、SCR甚至是GTO、GCT、IGCT等的直接并联均流。届时将着眼点仅仅集中到些微差别上也就足够了。然而国内的许多现实令人遗憾：在一些人的眼里连晶闸管都早已研究过了，，哪里还谈得上最简单的PiN功率二极管的

再研究呢? 国际上先进的半导体厂家都投入巨大资金重新研究新型功率二极管【1】，其道理在哪里呢？。①前期的蓬勃发展的高频自关断器件的研究（即所谓安全运行区的问题）已解决得很有成果（如成功开发并大规模应用了IGBT和IGCT等），然而所有这些新型功率半导体器件的应用又是绝对离不开PiN功率二极管的进步的(如超快软恢复功率二极管的研发和应用等)，这是国际上先进的半导体厂家投入巨大资金重新研究新型功率二极管的主要原因；②其次，许多新型功率二极管器件又独自踏入当前的先进科学技术中，极大地推动了现代基础工业的进程(如电阻型电焊机专用超大电流密度整流二极管对电焊机行业、高频电镀专用高频整流二极管对电化学行业、车用雪崩整流二极管对汽车行业等等)。 国际电力电子科学技术发展的实践表明，花大气力出重拳跟上当前国际先进科学技术的步伐，重新开展基础功率半导体新器件的研究是多么必要。我们的功率半导体器件的直接均流技术的研究，就是在PiN功率二极管的直接均流技术研究的基础上展开的，也是这个研究洪流中的有实际意义的一部分。 1，并联均流中问题的回顾 以往功率半导体器件并联均流技术的研究多半是由整机装置厂进行的。要么是电流容量太大，要么是装置可靠性高，不允许中途停电等，因此都必须要多个器件并联【2】。 并联均流技术主要解决的是电流平衡度的问题，既【3】【5】： ①并联器件同时触发开通; ②电流上升或下降时的电流平衡度;

模拟电子技术基础-第1章 常用半导体器件题解

第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C

三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。

半导体功率器件的散热计算

半导体功率器件的散热计算 佛山职业技术学院陈荣光 【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。 【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却 一、半导体功率器件的类型和功耗特点 一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。 按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。 1、半导体功率放大器件 半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。 也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。 半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流： P D =U ce ·I c （式1—1） 式中P D 为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。 U ce 为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。 I c 为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。 线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。 2、半导体功率开关器件 半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。 理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所

电子技术各章知识点

电子技术复习 CH14半导体器件 1.本征半导体、N型半导体、P半导体的基本概念；PN的单 向导电特性；温度和参杂浓度对多子和少子的影响。 2.二极管的基本参数（死区电压、导通电压）及相关应用， 学会判断二极管在电路中的工作状态（导通、截止）。掌握含二极管电路的分析方法。 3.了解稳压管的工作原理，基本稳压管稳压电路的分析。(两 稳压管串联、并联) 4.半导体三极管工作状态的特点（放大、饱和、截止）。 5.半导体三极管的管脚的判定 CH15基本放大电路 1.放大电路（共射）的分析方法（直流通路法、微变等效电 路法） 2.静态工作点稳定电路(分压式偏置电路)的结构、特点和分 析方法(静态、动态) 3.射极输出器的特点，电路分析。 4.差分放大电路的输入信号（共模、差模、比较），共模抑制 比的概念（理想共模抑制比=？） CH16集成运算放大器 1.运放的理想化条件 2.运放在线性区和非线性区的分析方法

3. 运放线性应用电路的分析（比例运算[同相（电压跟随器）、反相(反相器)]、反相加法运算、减法运算） CH17电子电路中的反馈 1. 反馈的基本概念 2. 负反馈类型的判断方法（会判断正、负反馈；电压、电流反馈；串联、并联反馈） 3. 负反馈对放大器性能的影响（影响类别？闭环放大倍数？ AF A A f += 1） 4. 自激振荡起振的条件、振荡建立条件、稳振条件？ 5. 典型RC 两种类型电路的电路分析。 CH18直流稳压电源 1. 直流稳压电源的组成及各部分的作用 u 1- + 2. 单相半波、全波(桥式整流)电路的构成和工作原理，二极管的选择依据（计算，见例题和作业题），桥式的输出波形受二极管的影响

功率半导体的发展

功率半导体的发展 摘要：回顾了现代电力电子器件的发展历史，涉及的器件包括晶闸管、GTO、IGCT、MTO、IGBT、各种改进型的IGBT 以及CoolMOS。叙述了采用新型材料的电力电子器件的发展和前景，应用碳化硅和氮化镓材料的功率器件正在迅速地发展，一些器件有望在不远的将来实现商品化，进入电力电子技术市场。 关键词：电力电子器件；碳化硅；氮化镓；发展；展望 Development of Power Semiconductor Device Abstract:The developing history of modern power electronic device is reviewed, which includes thyristor, GTO, IGCT, MTO, IGBT,improved IGBT and CoolMOS. The development and perspective of power electronic device with novel materials are proposed. The powerdevice applying SiC and GaN is in a speedy growing, some of which will realize commercialization in the near future and enter into thetechnology market of power electronics. Key words: power electronic device; SiC; GaN; development; prospective 率半导体器件是进行功率处理的半导体器件，它包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。功率半导体器件技术是电力电子技术的基础与核心，它是微电子技术与电力电子技术的结合。新型电力电子器件的主要代表是场型控功率器件和智能功率集成电路（Smart Power IC-SPIC）。最早的功率器件是由少数载流子（少子）参与输运的电流控制型器件。由于少子存储效应，工作频率一般小于1MHZ，且其输入阻抗低、驱动电流大。而且由于是正电流温度系数，故有二次击穿现象；随着多晶硅和平面工艺的发展，出现多数载流子（多子）参与输运的电压控制型器件，即场控功率器件。它可以分为两大类：主要的一类是MOS型功率器件，如垂直扩散MOS（VDMOS）,绝缘栅双极晶体管（IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）等；另一类是静电感应器件，如静电感应晶体管（SIT），双极型静电感应晶体管（BSIT）和静电感应晶闸管（SITH）等。功率集成电路（PIC）是指将高压功率器件与信号处理系统及外围接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片的集成电路。一般将其分为智能功率集成电路（SPIC）和高压集成电路（HVIC）两类。但随着PIC的不断发展，两者在工作电压和器件结构上（垂直或横向）都难以严格区分，已习惯于将它们统称为智能功率集成电路。智能功率集成电路是集成电路的重要分支，是功率SoC（System on Chip）的核心技术，它将信息采集、处理与功率控制合一，是引发第二次电子革命的关键技术[1]。 1、功率半导体器件的简介 20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。 各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件

半导体器件(附答案)

第一章、半导体器件（附答案） 一、选择题 1．PN 结加正向电压时，空间电荷区将 ________ A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 2．设二极管的端电压为 u ，则二极管的电流方程是 ________ A. B. C. 3．稳压管的稳压是其工作在 ________ A. 正向导通 B. 反向截止 C. 反向击穿区 4．V U GS 0=时，能够工作在恒流区的场效应管有 ________ A. 结型场效应管 B. 增强型 MOS 管 C. 耗尽型 MOS 管 5．对PN 结增加反向电压时，参与导电的是 ________ A. 多数载流子 B. 少数载流子 C. 既有多数载流子又有少数载流子 6．当温度增加时，本征半导体中的自由电子和空穴的数量 _____ A. 增加 B. 减少 C. 不变 7．用万用表的 R × 100 Ω档和 R × 1K Ω档分别测量一个正常二极管的正向电阻，两次测量 结果 ______ A. 相同 B. 第一次测量植比第二次大 C. 第一次测量植比第二次小 8．面接触型二极管适用于 ____ A. 高频检波电路 B. 工频整流电路 | 9．下列型号的二极管中可用于检波电路的锗二极管是： ____ A. 2CZ11 B. 2CP10 C. 2CW11 10．当温度为20℃时测得某二极管的在路电压为V U D 7.0=。若其他参数不变，当温度上 升到40℃，则D U 的大小将 ____ A. 等于 B. 大于 C. 小于 11．当两个稳压值不同的稳压二极管用不同的方式串联起来，可组成的稳压值有 _____ A. 两种 B. 三种 C. 四种 12．在图中，稳压管1W V 和2W V 的稳压值分别为6V 和7V ，且工作在稳压状态，由此可知输 出电压O U 为 _____ A. 6V B. 7V C. 0V D. 1V

功率半导体器件

功率半导体器件 “power semiconductor device”和“power integrated circuit(简写为power IC或PIC)”直译就是功率半导体器件和功率集成电路。 在国际上与该技术领域对应的最权威的学术会议就叫做International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs，即功率半导体器件和功率集成电路国际会议。 “power”这个词可译为动力、能源、功率等，而在中文里这些词的含义不是完全相同的。由于行业的动态发展，“power”的翻译发生了变化。 从上世纪六七十年代至八十年代初，功率半导体器件主要是可控硅整流器(SCR)、巨型晶体管(GTR)和其后的栅关断晶闸管(GTO)等。它们的主要用途是用于高压输电，以及制造将电网的380V或220V交流电变为各种各样直流电的中大型电源和控制电动机运行的电机调速装置等，这些设备几乎都是与电网相关的强电装置。因此，当时我国把这些器件的总称———power semiconductor devices没有直译为功率半导体器件，而是译为电力电子器件，并将应用这些器件的电路技术power electronics没有译为功率电子学，而是译为电力电子技术。与此同时，与这些器件相应的技术学会为中国电工技术学会所属的电力电子分会，而中国电子学会并没有与之相应的分学会；其制造和应用的行业归口也划归到原第一机械工业部和其后的机械部，这些都是顺理成章的。实际上从直译看，国外并无与电力电子相对应的专业名词，即使日本的“电力”与中文的“电力”也是字型相同而含义有别。此外，当时用普通晶体管集成的小型电源电路———功率集成电路，并不归属于电力电子行业，而是和其他集成电路一起归口到原第四机械工业部和后来的电子工业部。 20世纪80年代以后，功率半导体行业发生了翻天覆地的变化。功率半导体器件变为以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET，常简写为功率MOS)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(power IC，常简写为PIC)为主。 这一转变的主要原因是，这些器件或集成电路能在比以前高10倍以上的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写PSOC)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能，其优越性不言而喻。国际专家把它的发展喻为第二次电子学革命。 自从50年代，硅晶闸管问世以后，50多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到理想化的目标做出了不懈的努力，并以取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到 1KHZ以上。70年代中期，大功率晶体管和功率MOSFET问世，功率器件实现

功率半导体的发展进程

功率半导体的发展进程 功率器件本来是属于半导体产业中的分立器件子类别，但随着制造工艺的不断提升，目前有部分产品可以与集成电路复合生产，所以以功率半导体的发展来介绍行业演变。功率半导体的发展可分为以下四个阶段： 第一阶段是以整流管、晶闸管为代表的发展阶段。这一阶段的功率器件在低频、大功率变流领域中的应用占有优势，取代了早先的汞弧整流器。1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，功率二极管开始应用于电力领域，1956年贝尔实验室又发明了晶闸管，1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管器件，开创了传统的功率器件应用技术阶段，晶闸管属于半控型器件，即可通过信号控制其导通但无法实现关断的器件，实现了弱电对强电的控制，在工业界引起了一场技术革命。由于晶闸管具有可控的单向导电特性，被首先用于整流电路，因此也被称为可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。 SCR在体积、重量、动态电气性能和控制性能的优越性，很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，且应用范围迅速扩大，晶闸管的迅速发展使得中大功率的各种变流装置和电动机传动系统得到了快速发展。因为属于半控型器件，通过对SCR 门极的控制，SCR仅能导通而不能关断，即该器件这一缺点使

得SCR的应用有着很大局限性，关断这些器件的控制电路存在体积大、效率低、可靠性差、工作频率低以及电网侧和负载上谐波严重等缺点。 第二阶段是20世纪70年代后期为以可关断晶闸管(Gate Turn Off Thyristor,GTO)、功率双极晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT，也称Giant Transistor,GTR）和功率场效应晶体管（Power-MOSFET）等全控型器件为代表的发展阶段。全控型器件的特点是，通过对门极（基极/栅极）的控制，既可使器件导通又可使器件关断。这一阶段的功率器件开关速度高于晶闸管，它们的应用使变流器的高频化得以实现。 但GTO的开关速度仍旧偏低，BJT也存在着二次击穿和不易并联的问题，驱动电流大和功耗比较大也是该阶段器件的严重缺陷。由此在20世纪70年代末，催生了以MOSFET为代表的场效应晶体管，这类器件克服了前两代的许多不足，具备开关速度快（最高工作频率可以高达几十MHz）、输入阻抗高，而且控制功率小，驱动电路简单等优点，但是他们的导通电阻却比较大，这限制了他们的电流和功率容量，在100V以下目前仍为最理想的开关器件，但是在高压领域其导通电阻仍旧是很大问题。 第三阶段是20世纪80年代后期以绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）复合型器件