功率器件的开发应用与实例图解

　　随着全球能源的日趋紧张，节能节电迫在眉睫。电能转换是节能节电的重要环节。在电能转换过程中，转换期间的能量损失是影响节能节电的重要因素，始终成为人们关注的焦点。硅功率半导体器件经历了由双极晶体管、晶闸管，到功率MOSFET及当今倍受青睐的绝缘栅场效应管（IGBT）的发展过程，它使电力电子节能节电取得了很大的进步。

　　一、SiC功率元件拥有其独特的优势。

　　对于SiC来说，它是具有成本效益的大功率高温半导体器件是应用于微电子技术的基本元件。SiC是宽带隙半导体材料，与Si相比，它在应用中具有诸多优势。由于具有较宽的带隙，SiC器件的工作温度可高达 600℃，而Si器件的最高工作温度局限在175℃。SiC器件的高温工作能力降低了对系统热预算的要求。此外，SiC器件还具有较高的热导率、高击穿电场强度、高饱和漂移速率、高热稳定性和化学惰性，其击穿电场强度比同类Si器件要高。可以说随着技术的发展，SiC的发展前景是十分明朗的！

　　二、功率元件SiC器件的应用现状

　　随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。利用功率元件能够很好地解决上述的问题。

　　绝缘栅双极性晶体管igbt是一种新型的电力电子器件，它综合了gtr和 mosfet的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。随着电压、电流等级的不断提高，igbt成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。

　　SiC 器件在高温、高频、大功率、高电压光电子及抗辐照等方面具有巨大的应用潜力。

　　1 SiC器件在高温环境中的应用

　　在航空航天和汽车设备中，电子器件经常要在高温下工作，如飞机发动机、汽车发动机、在太阳附近执行任务的航天器以及卫星中的高温设备等。使用通常的Si或者 GaAs器件，因为它们不能在很高的温度下工作，所以必须把这些器件放在低温环境中，这里有两种处理方法：一种是把这些器件放在远离高温的地方，然后通过引线和连接器将它们和所需控制的设备连接起来；另一种是把这些器件放在冷却盒中，然后放在高温环境下。很明显，这两种方法都会增加额外的设备，增加了系统的质量，减小了系统可用的空间，使得系统的可靠性变差。如果直接使用可以在高温下工作的器件，将可以消除这些问题。SIC器件可以直接工作在3M—枷Y，而不用对高温环境进行冷却处理。