Was ist ein Leistungshalbleiter?
Ein Leistungshalbleiter ist eine schalterähnliche Vorrichtung, die hauptsächlich zum Steuern und Umwandeln von elektrischer Leistung in elektronischen Schaltkreisen verwendet wird. Im Allgemeinen nutzen diese Bauelemente die elektronischen Eigenschaften von Halbleiterelementen wie Galliumarsenid, Germanium und Silizium. Diese Geräte werden auch als Stromversorgungsgeräte bezeichnet und können im Normalbetrieb normalerweise mehr als ein Watt Strom verbrauchen. Sie werden normalerweise als Leistungs-ICs bezeichnet, wenn sie in integrierten Schaltkreisen eingesetzt werden, die Millionen von Bauelementen enthalten können, die auf einem einzigen Halbleiter miteinander verbunden sind.
Zum größten Teil wurde die Grundform eines Leistungshalbleiters in den 1950er Jahren entwickelt. Ingenieur Robert N. Hall wird die Erfindung des Geräts zugeschrieben. Diese frühen Geräte, die aus Germanium hergestellt wurden, hatten normalerweise eine Nennstromstärke von ungefähr 35 Ampere und eine Spannungskapazität von ungefähr 200 Volt. Vergleichen Sie das mit modernen Leistungshalbleitern, die häufig Tausende von Ampere sowie Tausende von Volt handhaben.
Es gibt verschiedene Arten von Leistungshalbleitervorrichtungen, einschließlich einer Leistungsdiode, eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET), eines Thyristors und eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT). Leistungsdioden bestehen normalerweise aus elektronischen Bauteilen mit zwei Anschlüssen. Sie führen typischerweise elektrische Ströme in Vorwärtsrichtung und verhindern, dass Strom in Rückwärtsrichtung fließt. Im Gegensatz zu Halbleitern mit geringer Leistung können sie ein erhebliches Stromvolumen übertragen.
Leistungs-MOSFETs sind eine der am häufigsten verwendeten Arten von Niederspannungs-Leistungshalbleiteranwendungen. Sie liegen normalerweise unter 200 Volt und werden für Motorsteuerungen, Netzteile und DC / DC-Wandler verwendet. Wie eine Leistungsdiode ist ein Leistungs-MOSFET üblicherweise so ausgestattet, dass er beträchtliche Mengen an elektrischer Leistung transportiert. Sie sind häufig bei niedrigeren Spannungen effizienter und haben hohe Kommutierungsgeschwindigkeiten als andere Arten von Leistungshalbleitern.
Ein Thyristor ist eine Art Leistungshalbleiter, der in allen Bereichen eingesetzt wird, von Lichtschalterdimmern und Druckregelsystemen bis hin zu Motordrehzahlreglern und Flüssigkeitsstandsreglern. Sie bestehen aus vier Schichten, bestehen aus abwechselnden Materialien vom P-Typ und N-Typ und haben üblicherweise drei Elektroden. Sie sind häufig so ausgelegt, dass sie eine beträchtliche Energiemenge mit einem kleinen Auslösestrom oder einer kleinen Auslösespannung steuern.
Ein Leistungshalbleiter mit Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ist ein Gerät, das zum schnellen Aus- und Einschalten entwickelt wurde. IGBTs gelten als hocheffiziente Leistungshalbleiter und werden häufig in Klimaanlagen und Elektroautos eingesetzt. Stereosysteme, die Schaltverstärker enthalten, verwenden manchmal auch IGBTs, um die Synthese komplexer Wellenformen zu unterstützen.