Elektronik sistemlerin en temel yapı taşları olan yarı iletken güç cihazları, otomotiv elektroniği, tüketici elektroniği, ağ iletişimi, elektronik ekipman, havacılık, askeri ekipman, enstrümantasyon, endüstriyel otomasyon ve tıbbi elektronik dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde önemli bir rol oynamaktadır. Bu makalede Chendaxing, güç cihazlarının tanımını ve sınıflandırılmasını tanıtacaktır.
Ayrık Güç Yarı İletken Cihazları Nasıl Tanımlanır?
Güç elektroniği cihazları olarak da bilinen güç yarı iletken ayrık cihazları (Güç Elektroniği Cihazları), elektrik enerjisini işlemek için ana devrelerde doğrudan kullanılabilen ve böylece güç dönüşümü veya kontrolü sağlayan elektronik cihazları ifade eder. İşlevleri öncelikle güç dönüşümü, güç amplifikasyonu, güç anahtarlaması, devre koruması ve düzeltme olarak kategorize edilir.
Güç yarı iletken ayrık cihazları genel olarak iki ana kategoriye ayrılabilir: güç yarı iletken ayrık cihazları (güç modülleri dahil) ve güç yarı iletken entegre devreleri (Güç IC'leri). Bunlar arasında, güç yarı iletken ayrık cihazları, belirli bir temel işlevi gerçekleştirmek üzere tasarlanan ve işlevsel olarak daha fazla alt bölümlere ayrılamayan yarı iletken cihazları ifade eder.
1957'de Amerika Birleşik Devletleri'ndeki General Electric (GE), ayrı güç yarı iletken cihazlarının doğuşuna işaret eden dünyanın ilk endüstriyel-sınıf tristörünü geliştirdi. Ayrık güç yarı iletken cihazlarının geliştirilmesi, MOSFET'ler ve IGBT'ler tarafından temsil edilen ikinci aşama olan tristörlere odaklanan bir ilk aşamadan geçti ve şimdi geniş-bant aralıklı yarı iletken cihazlara odaklanan yeni bir aşamaya giriyor.
Ayrık Güç Yarı İletken Cihazları Nasıl Sınıflandırılır?
Cihaz yapısına bağlı olarak diyotlar, güç transistörleri, tristörler ve diğerleri olarak sınıflandırılırlar. Bunlar arasında güç transistörleri ayrıca iki kutuplu bağlantı transistörleri (BJT'ler), bağlantı alanı-etki transistörleri (JFET'ler), metal-oksit-yarı iletken alan-etki transistörleri (MOSFET'ler) ve yalıtımlı-geçit bipolar transistörleri (IGBT'ler) olarak ayrılır.
Güç işleme kapasitesine bağlı olarak, düşük-voltajlı, düşük-güçlü, ayrık yarı iletken cihazlar olarak sınıflandırılırlar; orta-güçlü ayrık yarı iletken cihazlar; yüksek-güçlü ayrık yarı iletken cihazlar; ve yüksek-voltajlı, ultra-yüksek-güçlü ayrık yarı iletken cihazlar.
Kontrol terminali ile ortak terminal arasına sürücü devresi (güç diyotları hariç) tarafından uygulanan sinyalin doğasına bağlı olarak, bunlar akım-sürücülü ve gerilim-sürücülü tipler halinde sınıflandırılabilir.
Akım-tahrikli: Kontrol terminaline akım enjekte edilerek veya buradan akım çekilerek kapatılan yarı iletken güç cihazları.
Gerilim-güdümlü: Kontrol terminali ile ortak terminal arasına belirli bir gerilim sinyali uygulanarak açılan veya kapatılan yarı iletken güç cihazları.
Kontrol devresi sinyalinin cihazı kontrol etme derecesine bağlı olarak kontrolsüz, yarı-kontrollü ve tam kontrollü olarak sınıflandırılabilirler.
Kontrolsüz cihazlar: Açık/kapalı durumları bir kontrol sinyali ile kontrol edilemeyen güç yarı iletken ayrık cihazları; temsili cihazlar güç diyotlarını içerir.
Yarı{0}kontrollü cihazlar: İletimi bir kontrol sinyaliyle kontrol edilebilen ancak kapatılması-kontrol edilemeyen güç cihazları; temsili cihazlar tristörleri ve bunların türev cihazlarının çoğunu içerir.
Tamamen Kontrol Edilen Cihazlar: Kontrol sinyallerinin hem açılıp hem de kapanmasını-düzenleyebildiği ayrı güç yarı iletken cihazları; temsili cihazlar arasında yalıtımlı-geçit bipolar transistörleri (IGBT'ler), güç alanı-etki transistörleri (FET'ler) ve geçit-kapama-tristörleri bulunur;
Cihazın iletiminde iki tür yük taşıyıcının-elektron ve deliklerin- katılımına bağlı olarak, güç yarı iletken ayrık cihazlar tek kutuplu cihazlar, iki kutuplu cihazlar ve kompozit cihazlar olarak sınıflandırılabilir.
Tek kutuplu cihazlar: İletime yalnızca bir tür yük taşıyıcının (elektronlar veya delikler) katıldığı güç yarı iletken ayrık cihazlar;
Bipolar cihazlar: Hem elektronların hem de deliklerin iletime katıldığı güç yarı iletken ayrık cihazlar;
Kompozit cihazlar: Tek kutuplu ve iki kutuplu cihazların entegrasyonuyla oluşturulan ayrık güç yarı iletken cihazları;
Güç yarı iletken cihazlarında kullanılan alt tabaka malzemelerine bağlı olarak, mevcut ayrık güç yarı iletken cihazları üç nesile ayrılabilir:
Birinci-nesil yarı iletken malzemeler öncelikle germanyum (ilk ürünler, artık nadir) ve silikonla temsil edilir.
İkinci-nesil yarı iletken malzemeler esas olarak galyum arsenit (GaAs) ve indiyum fosfit (InP) gibi bileşik yarı iletken malzemelerdir.
Üçüncü-nesil yarı iletken malzemeler temel olarak silisyum karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) gibi geniş-bant aralıklı yarı iletken malzemelerdir.