功率半导体的应用及目前的局限

随着大功率半导体的发展和完善，已经使它在电子工程的各项领域得到广泛的应用。在日益增长的对资源保护需求(例如能源节约问题)，在新生能源(如风力和光伏发电)和在洁净的化石燃料方面(如在纯电动和混合动力汽车中所使用的)，这种发展表现出强劲增长的活力。这种发展也明显改善了系统成本和使用范围，提高了能源生产和降低了能耗。“低材料消耗/低成本”和“高效率”的部件对未来发展带来十分重要的意义。

图2.1.1显示目前市场上提供的可控的功率半导体产品最高电压和电流值。通过对功率半导体和半导体器件并联和串联的连接，现在可以转换几乎所有的电能源的形式，通过这种方式不但使我们能把电能转换成其他能源形式，而且可以从别的能源形式获得电能。

图 2.1.1 目前可控制功率半导体电流电压和电流局限

在图2.1.2a)显示了传统不同功率半导体开关频率范围。
图2.1.2b)显示了其最重要的用途和局限性。
IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为无源模块在从几千瓦的中功率到几兆瓦的大功率网络设备制造有很重要的意义，特别是对“大众市场”。

从80年代中期开始，这些和其他一些有主动开关功能的大功率半导体器件，如大功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，GTO晶闸管(开关效应)和集成模块IGCT(集成晶闸管)，在实际应用中已完全取代了传统的晶闸管。 而IGBT和MOSFET相对于其他大功率开关半导体，如传统的IGCT和GTO晶闸管，显示出其一系列的优势，比如可应用于从主动的开关控制到被动的短路关闭的任何情况，无须关闭整个网络，同时它还具有操作简单，开关时间短和相对较低的开关损耗。微电子技术使生产这些大功率半导体器件变得相对更容易和成本更低廉。

大功率无源模块在使用时需要表面冷却来解决散热问题，但它对比传统的插片模块有很多优势：传统的插片模块比无源模块多产生大约30%的热损失，而且必须双面冷却。并且无源模块比传统的插片模块更适合串联连接。除了安装便捷以外，无源模块的“集成化”也是一大优势，根据不同要求可随意把不同的元器件组合到一个模块集成中并在模块表面贴上经过绝缘检验的散热片。这样在大批量的生产时可降低生产成本。现在大功率MOSFET被广泛的应用到供电系统(开关部件)、汽车电器的低压开关设备和在非常高.