Что такое силовой полупроводник?

Силовой полупроводник - это переключающее устройство, используемое в основном для управления и преобразования электроэнергии в электронных цепях. В общем, эти устройства используют электронные свойства, обнаруженные в полупроводниковых элементах, таких как арсенид галлия, германий и кремний. Также называемые устройствами питания, эти устройства обычно могут рассеивать более одного ватта мощности во время стандартной работы. Они обычно называются силовыми ИС, когда применяются в интегральных схемах, которые могут содержать миллионы устройств, соединенных вместе на одном полупроводнике.

По большей части основная форма силового полупроводникового устройства была разработана в 1950-х годах. Инженеру Роберту Н. Холлу приписывают изобретение устройства. Сделанные из германия, эти ранние гаджеты обычно имели номинальный ток около 35 ампер и емкость напряжения около 200 вольт. Сравните это с современными силовыми полупроводниками, которые часто выдерживают тысячи ампер и тысячи вольт.

Существует несколько типов силовых полупроводниковых устройств, включая силовой диод, полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET), тиристор и биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Силовые диоды обычно изготавливаются из двухполюсных электронных компонентов. Они обычно переносят электрические токи в прямом направлении и предотвращают поступление тока в обратном направлении. В отличие от своих полупроводниковых аналогов с низким энергопотреблением, они способны передавать значительный объем тока.

Силовые МОП-транзисторы являются одним из наиболее широко используемых типов низковольтных силовых полупроводниковых устройств. Как правило, они меньше 200 вольт и используются для контроллеров двигателей, источников питания и преобразователей постоянного тока в постоянный. Как и силовой диод, силовой полевой МОП-транзистор обычно оснащен для передачи значительных количеств электроэнергии. Они часто более эффективны при более низких напряжениях и обладают высокими скоростями коммутации, чем другие виды силовых полупроводниковых приборов.

Тиристор - это тип силового полупроводника, используемый во всем, от диммеров выключателей света и систем управления давлением до регуляторов скорости двигателя и регуляторов уровня жидкости. Состоящие из четырех слоев, они состоят из чередующихся материалов P-типа и N-типа и обычно имеют три электрода. Они часто предназначены для управления значительным объемом энергии с использованием небольшого пускового тока или напряжения.

Силовой полупроводник с биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT) - это устройство, предназначенное для быстрого отключения и включения. Считающиеся высокоэффективным типом силового полупроводника, IGBT часто используются в системах кондиционирования воздуха и электромобилях. Стереосистемы, которые содержат переключающие усилители, иногда также используют IGBT, чтобы помочь синтезировать сложные волновые формы.