Là khối xây dựng cơ bản nhất của hệ thống điện tử, thiết bị điện bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm điện tử ô tô, điện tử tiêu dùng, mạng truyền thông, thiết bị điện tử, hàng không vũ trụ, thiết bị quân sự, thiết bị đo đạc, tự động hóa công nghiệp và điện tử y tế. Trong bài viết này, Chendaxing sẽ giới thiệu định nghĩa và phân loại thiết bị điện.
Các thiết bị bán dẫn điện rời rạc được xác định như thế nào?
Thiết bị rời rạc bán dẫn công suất (Power Electronic Devices), còn được gọi là thiết bị điện tử công suất, dùng để chỉ các thiết bị điện tử có thể được sử dụng trực tiếp trong các mạch chính để xử lý năng lượng điện, từ đó đạt được khả năng chuyển đổi hoặc điều khiển năng lượng. Chức năng của chúng chủ yếu được phân loại thành chuyển đổi năng lượng, khuếch đại công suất, chuyển mạch nguồn, bảo vệ mạch và chỉnh lưu.
Các thiết bị rời rạc bán dẫn công suất có thể được phân loại thành hai loại chính: thiết bị rời rạc bán dẫn công suất (bao gồm cả mô-đun nguồn) và mạch tích hợp bán dẫn công suất (IC nguồn). Trong số này, các thiết bị rời rạc bán dẫn công suất là các thiết bị bán dẫn được thiết kế để thực hiện một chức năng cơ bản cụ thể và không thể chia nhỏ hơn về mặt chức năng.
Năm 1957, General Electric (GE) ở Hoa Kỳ đã phát triển thyristor cấp công nghiệp-đầu tiên trên thế giới, đánh dấu sự ra đời của các thiết bị bán dẫn điện rời rạc. Quá trình phát triển các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc đã trải qua giai đoạn đầu tiên tập trung vào thyristor, giai đoạn thứ hai được đại diện bởi MOSFET và IGBT và hiện đang bước vào giai đoạn mới tập trung vào các thiết bị bán dẫn có dải thông rộng.
Các thiết bị bán dẫn điện rời rạc được phân loại như thế nào?
Dựa trên cấu trúc thiết bị, chúng được phân loại thành điốt, bóng bán dẫn điện, thyristor và các loại khác. Trong số này, bóng bán dẫn điện còn được chia thành bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT), bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp nối-(JFET), bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn-oxit-kim loại-(MOSFET) và bóng bán dẫn lưỡng cực cổng-cách điện (IGBT).
Dựa trên khả năng xử lý nguồn điện, chúng được phân loại thành các thiết bị bán dẫn rời rạc-điện áp thấp,{1}}công suất thấp; thiết bị bán dẫn rời rạc có công suất trung bình-; các thiết bị bán dẫn rời rạc có công suất cao-; và các thiết bị bán dẫn rời rạc có điện áp cao,{5}}cao{6}}.
Dựa trên bản chất của tín hiệu được cấp giữa cực điều khiển và cực chung bởi mạch điều khiển (không bao gồm điốt nguồn), chúng có thể được phân loại thành loại điều khiển bằng dòng điện và loại điều khiển bằng điện áp.
Dòng điện-điều khiển: Các thiết bị bán dẫn rời rạc được tắt bằng cách đưa hoặc trích dòng điện từ thiết bị đầu cuối điều khiển.
Điều khiển bằng điện áp: Các thiết bị bán dẫn cấp nguồn được bật hoặc tắt bằng cách cấp tín hiệu điện áp cụ thể giữa cực điều khiển và cực chung.
Dựa trên mức độ tín hiệu mạch điều khiển điều khiển thiết bị, chúng có thể được phân loại thành không điều khiển, bán{0}}điều khiển và điều khiển hoàn toàn.
Thiết bị không được điều khiển: Các thiết bị rời rạc bán dẫn công suất có trạng thái bật/tắt không thể điều khiển được bằng tín hiệu điều khiển; thiết bị đại diện bao gồm điốt điện.
Thiết bị-bán điều khiển: Các thiết bị nguồn có khả năng dẫn điện có thể được điều khiển bằng tín hiệu điều khiển nhưng không thể điều khiển được việc tắt-; các thiết bị đại diện bao gồm thyristor và hầu hết các thiết bị dẫn xuất của chúng.
Thiết bị được điều khiển hoàn toàn: Các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc trong đó tín hiệu điều khiển có thể điều chỉnh cả việc bật-và tắt-; các thiết bị đại diện bao gồm bóng bán dẫn lưỡng cực cổng-cách điện (IGBT), bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện-(FET) và thyristor-tắt{5}}cổng;
Dựa trên sự tham gia của hai loại hạt mang điện-electron và lỗ trống-trong quá trình dẫn điện của thiết bị, các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc có thể được phân loại thành thiết bị đơn cực, thiết bị lưỡng cực và thiết bị tổng hợp.
Thiết bị đơn cực: Các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc trong đó chỉ có một loại hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống) tham gia dẫn điện;
Thiết bị lưỡng cực: Các thiết bị bán dẫn điện rời rạc trong đó cả electron và lỗ trống đều tham gia dẫn điện;
Thiết bị tổng hợp: Các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc được hình thành từ sự tích hợp của các thiết bị đơn cực và lưỡng cực;
Dựa trên vật liệu nền được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn công suất, các thiết bị bán dẫn công suất rời rạc hiện có có thể được phân thành ba thế hệ:
Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ-đầu tiên chủ yếu được đại diện bởi germanium (các sản phẩm đầu tiên, hiện không phổ biến) và silicon.
Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ hai-chủ yếu là vật liệu bán dẫn phức hợp, chẳng hạn như gallium arsenide (GaAs) và indium phosphide (InP).
Vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba-chủ yếu là vật liệu bán dẫn có vùng cấm rộng-, chẳng hạn như cacbua silic (SiC) và gali nitrit (GaN).