功率晶体管与IGBT的现状和发展无锡高德创投基金管理公司功率晶体管与IGBT的现状和发展上世纪中叶以来，电子技术因为晶体管的出现而突飞猛进地发展，不但极大地促进了所有的行业发展，而且深刻影响着人类社会生活的方方面面。在名目繁多的晶体管产品中，功率晶体管一开始主要应用在电力行业范围，又称电力电子器件。专业人士认为，电力半导体器件可谓现代电力电子产业的“心脏”，能推动约8.4倍的电力电子产品、114倍的相关电子产品的发展；通过运用高频电力电子技术，可以大大提高电能的使用效率，节约20%-40%的电能源和90%以上的相关原材料，如对3KV以上的高压大容量风机、水泵、压缩机设备，采用电力电子变频调速技术，若电机系统运行效率提高8%，年节电量便高达800亿度，几乎是三峡水电站一年的发电量。所以，电力电子器件从出现以来，一直以其超常的速度发展，稳据其它半导体器件之前。一、电力电子器件的发展途径十多年来，电力电子器件大致经历了三个发展阶段，也即有三个主要的发展途径:提高器件的电流、电压容量是一个贯穿始终的目标;从80年代初期开始，在低功耗、多功能方面也作了很多努力;从1988年开始，又提出了智能化的要求。下面将简要介绍在这三个方面所取得的进展。1大容量化功率器件的大容量化与其适用的频率有很大关系，随功率变换装置的控制方式从PAM(脉幅调制)进展到正弦波PWM(脉宽调制)方式，频率也提高到20kHz以上。与此相应，GTR(包括单个双极晶体管、达林顿管和GTR模块)代替了过去的SCR，可覆盖耐压1500v、电流100OA以下的领域。但在此容量以上时，由于GTR中hr。降低和饱和压降增大的问题更为突出，GTO和SCR就成了主流器件。目前，随IGBT等MOS复合器件的大容量化，即使过去认为是GTO领域的工业用电源和电车等也正在扩展到IGBT的应用范围。2、低功耗、多功能化从低功耗方面考虑，双极晶体管比起GTO来关断增益高，反向偏置驱动电路简单，因此普及较早。进而出现了正向驱动电路也能简单化的MOSFET。MOSFET有优良的开关性能，在耐压较低的情况下(如600V以下)导通电压也低，但由于是单极器件，不会产生电导率调制，在高耐压情况下有导通电压急剧增大的缺点，因此不可能全面替代双极晶体管。具有MOS结构的双极器件IGBT兼有两种器件的优点，作为在功率MOSFET所不能达到的应用领域内的器件而快速发展。它的频率可达到15kHz以上，在PWM控制的低噪声逆变器中起了主要作用。但与过去驱动的双极逆变器比较，开关损耗大，冷却用散热片也需增大，效率低，这些问题在IGBT的普及中是个第1页共34页功率晶体管与IGBT的现状和发展无锡高德创投基金管理公司大的障碍。为了改善这种状况，最近开发了第三代IGBT，在具有高速开关特性的同时，饱和电压达到与双极晶体管相当的2V以下的水平，几乎接近IGBT的理论极限。今后还将采用开关性能与第三代IGBT相当、饱和电压进一步降低到1V左右的新型器件，如MOS1极晶闸管等。3、智能化最近几年除了开发及改进主电路功率部分中的功率器件外，包括外部国控制电路和保护电路的智能功率IC的开发也很活跃。其主要方法一个是单片方式的智能功率IC，另一个是混合方式的智能功率模块。前者最初用低压MOSFET为主要器件，多用于汽车工业，最近以高耐压IGBT作主要器件的高压功率IC也已发表，适用于容量较小的功率变换装置和功率器件驱动电路等。后者最初以双极晶体管为主要器件，最近以IGBT为主要器件的智能功率模块也己实用化，已在从l马力驱动的家庭用空调逆变器到工业用中、大容量逆变器中应用。今后随着功率器件性能的提高及需方对于设计时间短、组装工艺简单、装置小而轻等的要求，智能化器件的意义也将越来越大。二、IGBT器件概念IGBT是一种非常独特的器件。西方发达国家迄今严守其核心技术秘密，不轻易向中国等发展中国家转让，可见其重要性。IGBT是绝缘栅双极型晶体管（IsolatedGateBipolarTransistor）,它是八十年代初诞生，九十年代迅速发展起来的新型复合电力电子器件。IGBT将MOSFET与GTR的优点集于一身，既有输入阻抗高、速度快、热稳定性好、电压驱动型，又具有通态压降低、高电压、大电流的优点。因此，IGBT的新技术、新工艺不断有新的突...