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2017.01.12 Si功率元件

前言

前言

Tech Web的「基礎知識」將逐漸追加新的「功率元件」相關記事。近年來,以「功率元件﹙power device﹚」或「功率半導體﹙power semiconductor﹚」等字眼來表現,並且以低損耗處理大功率為目的的二極體或電晶體等discrete semiconductor(離散式半導體)零件備受矚目。理由在於需要更高效率及高性能的功率元件來因應「節能化」及「小型化」這個全球都重視的課題。

那麼,最近所聽到的「功率元件」具體來說是根據什麼定義的分類呢?我想恐怕沒有明確的分類,不過印象中比較符合的有:以轉換高電壓大功率AC/DC或開關功率為目的的二極體或MOSFET、以及模組化功率輸出段的功率模組等。

在這裡分成2個部分談論,一是以傳統矽半導體為基礎的「矽(Si)功率元件」,一是減少損耗或高溫環境下動作特性皆優於Si半導體、可望作為新一代低損耗元件的「碳化矽(SiC)功率元件」。說到功率元件,當然會將焦點集中到SiC這類的新材料,不過目前市場與應用廣泛的Si功率元件有時也會因性能提升而受到矚目。在現實面中,由於根據用途或規格來利用最適當的功率元件,因此想必涵蓋意義較為廣泛的功率元件。

Si功率元件

Si功率元件預定大致分為以下4個部分來談論。

  1. Si二極體
    • 分類和特性
    • 蕭特基二極體
    • 高速整流二極體(Fast Recovery diode)
  2. Si電晶體
    • 分類和特性
    • 高耐壓MOSFET
  3. 電晶體的選擇方法
    • 選擇流程
    • SOA安全工作區、額定、溫度
  4. 活用特徴的應用事例

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Si二極體和MOSFET有非常多種類,也有耐壓或電流變化幅度廣大的。其中,我們把焦點放在電源用途,Si二極體以蕭特基二極體(schottky barrier diode)和高速整流二極體(Fast Recovery diode)為例,MOSFET則以高耐壓超接合面(Super Junction)MOSFET(金氧半場效電晶體)為中心。

此外,亦針對需求規格則介紹選擇電晶體時之程序和判斷方法,介紹利用二極體或電晶體特性或特徴之應用事例。

各自皆包含基礎内容。若為數十瓦電源的話,則內建功率元件,離散式選擇MOSFET等進行動作確認的情況變少。不過,在大功率電路中,充分活用離散式零件﹙discrete parts﹚非常重要。希望今後的記事能有機會重新確認二極體或電晶體的特性或規格値,了解Si功率元件的最新特徴或性能。

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