浅谈功率电子器件的用途及应用

电力电子技术的核心是电能的变换与控制，常见的有逆变（即直流转交流）、整流（即交流转直流）、变频、变相等。在工程中拓展开来，应用领域非常广泛。但千变万化离不开其核心——功率电子器件。

功率电子器件可分为不控器件、半控器件、全控器件。其用途及应用作以下简明扼要的介绍。

1、不控器件

    不能通过控制信号控制其通断的电力电子器件。典型器件如二极管，主要应用于低频整流电路。

2、半控器件

    通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。典型器件如晶闸管，又称可控硅，广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中，应用场景多为低频。

3、全控器件

通过控制信号既可控制导通，又可控制其关断的电力电子器件。典型器件如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极性晶体管），应用领域最广，广泛应用于工业、汽车、轨道牵引、家电等各个领域。

关于以上这几种全控器件，其中GTO是晶闸管的派生器件，主要应用在兆瓦级以上的大功率场合。

GTR属于电流控制功率器件，且电路符号和普通的三极管一致。20世纪80年代以来在中小功率范围内逐渐取代GTO。GTR特点鲜明，耐高压、大电流、饱和压降低是其主要优点，但是缺点也很明显，如驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏，驱动电流大直接决定其不适合高频领域的应用。

MOSFET与GTR最为显著的区别就是电场控制。其特性是输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高，那MOS是不是完美弥补了GTR的缺陷？能不能完全替代GTR呢？答案当然是不能。MOS典型参数是导通阻抗，直观理解为耐压做的越大，芯片越厚，导通电阻越大，电流能力就会降低，因此不能兼顾高压和大电流就成了MOS的短板。

接下来就要特别讲讲IGBT了。IGBT是以双极型晶体管为主导元件,以MOS为驱动元件的达林顿结构。其特点是不仅损耗小、耐高压、电流密度大、通态电压低、安全工作区域宽、耐冲击，而且开关频率高、易并联、所需驱动功率小、驱动电路简单、输入阻抗大、热稳定性好。IGBT的应用领域正迅速扩大，逐步取代GTR、MOSFET的市场。