Analisis Teknologi Transistor Kuasa

Status Pembangunan Transistor Kuasa
Selepas beberapa dekad pembangunan, kemajuan yang ketara telah dicapai. Daripada transistor bipolar awal (BJT) kepada transistor kesan medan semikonduktor oksida logam (MOSFET) dan transistor bipolar pintu terlindung (IGBT), transistor kuasa telah bertambah baik dari segi rintangan, kelajuan pensuisan, rintangan voltan dan ketumpatan kuasa.

Transistor Bipolar (BJT)
BJT ialah transistor kuasa awal yang digunakan secara meluas dengan keuntungan arus yang tinggi dan ciri-ciri linear yang baik, tetapi kelajuan pensuisannya agak perlahan dan kehilangan pengaliran adalah besar.

Transistor kesan medan semikonduktor oksida logam (MOSFET)
MOSFET mempunyai impedans input yang tinggi, rintangan rendah, dan ciri pensuisan pantas, menjadikannya sesuai untuk aplikasi pensuisan berkelajuan tinggi dan voltan rendah. Ia digunakan secara meluas dalam bidang seperti bekalan kuasa pensuisan, penukar DC-DC, dan kenderaan elektrik.

Transistor Bipolar Gerbang Bertebat (IGBT)
IGBT menggabungkan kehilangan pengaliran rendah BJT dengan galangan input tinggi dan ciri pensuisan pantas MOSFET, menjadikannya sesuai untuk aplikasi voltan tinggi dan arus tinggi seperti penyongsang dan pemacu motor.

Jenis utama
Transistor kuasa terutamanya dibahagikan kepada kategori berikut, masing-masing dengan ciri unik dan senario aplikasinya:
MOSFET voltan rendah
Terutamanya digunakan dalam aplikasi suis voltan rendah dan berkelajuan tinggi, seperti papan induk komputer, sistem pengurusan bateri dan peranti elektronik mudah alih. Ia mempunyai rintangan yang sangat rendah, kelajuan pensuisan yang cepat, dan penggunaan kuasa yang rendah.

MOSFET voltan tinggi
Terutamanya digunakan dalam bidang seperti pengurusan kuasa, pencahayaan, dan kenderaan elektrik. Ia mempunyai rintangan voltan tinggi dan kehilangan pengaliran rendah, tetapi kelajuan pensuisan agak rendah.

IGBT
Terutamanya digunakan dalam aplikasi voltan tinggi dan arus tinggi, seperti penyongsang, penukar frekuensi, dan sistem kawalan motor untuk kenderaan elektrik. Ia menggabungkan kelebihan BJT dan MOSFET, tetapi berprestasi buruk dalam aplikasi frekuensi tinggi.

Superjunction MOSFET
Ia adalah MOSFET yang dipertingkatkan yang mengurangkan rintangan hidup dengan ketara dan meningkatkan keupayaan voltan tahan dengan mengoptimumkan struktur transistor. Ia digunakan secara meluas dalam bekalan kuasa dan penyongsang berkecekapan tinggi.

Parameter teknikal utama
Apabila memilih dan menggunakan transistor kuasa, parameter teknikal utama berikut perlu dipertimbangkan:
Pada rintangan (RDS (hidup))
Semakin rendah rintangan, semakin kecil kerugian, yang membantu meningkatkan kecekapan sistem. Rintangan ke atas MOSFET biasanya lebih rendah daripada rintangan BJT dan IGBT.

Arus maksimum (ID)
Ia merujuk kepada arus maksimum yang boleh ditahan oleh transistor, dan pemilihan harus memastikan ia dapat memenuhi keperluan semasa litar.

Rintangan voltan (VDS atau VCE)
Ia merujuk kepada voltan maksimum yang boleh ditahan oleh transistor apabila dalam keadaan mati. Keperluan untuk rintangan voltan berbeza dalam senario aplikasi yang berbeza, dan model yang sesuai harus dipilih mengikut keperluan khusus.

Kelajuan menukar (tr dan tf)
Ia merujuk kepada masa yang diperlukan untuk transistor untuk beralih daripada mengalir ke memutuskan sambungan atau daripada memutuskan sambungan kepada mengalir. Aplikasi suis berkelajuan tinggi memerlukan pemilihan transistor dengan kelajuan pensuisan yang pantas.

Pelesapan kuasa (PD)
Ia merujuk kepada haba yang dihasilkan oleh transistor semasa operasinya. Ia adalah perlu untuk memilih transistor dengan prestasi pelesapan haba yang baik untuk memastikan operasi yang stabil di bawah keadaan kuasa tinggi.

Senario aplikasi
Transistor kuasa digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang, dan berikut adalah beberapa senario aplikasi biasa:
Bekalan Kuasa Mod Tukar
Dalam menukar bekalan kuasa, MOSFET dan IGBT digunakan secara meluas untuk penukaran tenaga yang cekap. MOSFET sesuai untuk bekalan kuasa pensuisan voltan rendah, manakala IGBT digunakan untuk bekalan kuasa pensuisan voltan tinggi.

kenderaan elektrik
Kawalan motor dan sistem pengurusan tenaga di China secara meluas menggunakan IGBT dan MOSFET. IGBT sesuai untuk pemacu motor voltan tinggi dan arus tinggi, manakala MOSFET digunakan untuk pengurusan bateri dan penukar DC-DC.

Penyongsang fotovoltaik
Transistor kuasa digunakan untuk menukar arus terus kepada arus ulang alik. IGBT dan superjunction MOSFET biasanya digunakan dalam peranti penukaran tenaga berkecekapan tinggi tersebut.

automasi industri
Dalam bidang automasi industri, transistor kuasa digunakan untuk pemacu motor, penukar frekuensi, dan sistem servo. Ciri-cirinya yang cekap dan boleh dipercayai memastikan operasi sistem yang stabil
Trend Pembangunan Masa Depan
Teknologi transistor kuasa akan terus berkembang dan berkembang pada masa hadapan, dengan trend utama termasuk:

Meningkatkan kecekapan dan mengurangkan penggunaan kuasa
Dengan mengoptimumkan struktur dan bahan transistor, seterusnya mengurangkan rintangan pada rintangan dan kehilangan pensuisan, meningkatkan kecekapan sistem, dan mengurangkan penggunaan tenaga.

Aplikasi bahan baru
Penggunaan bahan semikonduktor celah jalur lebar seperti silikon karbida SiC dan galium nitrida GaN dalam transistor kuasa semakin meluas. Transistor SiC dan GaN mempunyai ciri-ciri rintangan voltan tinggi, frekuensi tinggi, dan kehilangan rendah, dan akan memainkan peranan penting dalam bidang penukaran tenaga yang cekap.

Integrasi dan kecerdasan
Mengintegrasikan transistor kuasa, litar pemanduan dan litar perlindungan ke dalam satu pakej untuk membentuk modul kuasa pintar (IPM) memudahkan reka bentuk dan meningkatkan kebolehpercayaan. Modul kuasa pintar akan digunakan secara meluas dalam bidang seperti automasi industri, kenderaan elektrik dan peralatan rumah.

Penukaran frekuensi tinggi
Dengan peningkatan aplikasi frekuensi tinggi seperti pengecasan tanpa wayar dan komunikasi 5G, transistor kuasa dikehendaki mempunyai frekuensi pensuisan yang lebih tinggi. Bahan dan reka bentuk baharu akan memacu pembangunan transistor kuasa dalam aplikasi frekuensi tinggi.

Pengecilan
Dengan pembangunan peranti elektronik ke arah saiz nipis, ringan dan padat, transistor kuasa juga akan berkembang ke arah saiz yang lebih kecil dan kepadatan kuasa yang lebih tinggi untuk memenuhi keperluan peranti mudah alih dan kecil.

 

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-ao3406.html