本章小结

本章首先对各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等问题做了全面的介绍，可以将所介绍过的电力电子器件分别归入本章开头所列的几种器件类型中。

按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，属于单极型电力电子器件的有肖特基二极管、电力MOSFET和SIT等；属于双极型电力电子器件的有基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTO晶闸管和GTR等；属于复合型电力电子器件的有IGBT、SITH和MCT等。如果不考虑某器件是否是由两种器件复合而成，由于复合型器件中也是两种载流子导电，因此也有人将它们归为广义的双极型器件。

稍加注意不难发现，单极型器件和复合型器件都是电压驱动型器件，而双极型器件均为电流驱动型器件。电压驱动型器件的共同特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型器件的共同特点是：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路也比较复杂。

另一个有关器件类型的规律是：从器件需要驱动电路提供的控制信号的波形来看，电压驱动型器件都是电平控制型器件，而电流驱动型器件则有的是电平控制型器件（如GTR），有的是脉冲触发型器件（如普通晶闸管和GTO晶闸管）。

在20世纪80年代，全控型电力电子器件刚刚兴起的时候，曾经是各种器件战国纷争，孰优孰劣，不甚明朗。但经过多年的技术创新和较量，特别是20世纪90年代中期以来，逐渐形成了小功率（10kW以下）场合以电力MOSFET为主，中、大功率场合以IGBT为主的压倒性局面。而且在电力MOSFET和IGBT中的技术创新仍然在继续，将不断推出性能更好的产品。

对高压电力MOSFET（耐压300V以上）来说，其通态电阻90%以上是来自用于承受高电压的低掺杂N区的，因此如何在保持耐高压能力的同时减小低掺杂N区的通态电阻是其技术创新的一个核心课题。目前最新的产品采用了我国科学家陈星弼教授提出的称为“超级结”的概念，如市场上著名的CoolMOS系列产品所采用的技术，其基本思想是采用特殊工艺在P区下面的低掺杂N区中形成一个与P区相连的P型柱状体，这样在电力MOSFET处于阻断状态时，P区与低掺杂N区之间将形成一个很大的反偏PN结，其空间电荷区几乎覆盖了全部低掺杂N区。这样电力MOSFET的电压阻断能力完全由这个没有载流子的空间电荷区提供，低掺杂N区的掺杂浓度因此可以提高一个数量级，从而大幅度减小其通态电阻。

对低压电力MOSFET来说，目前主要采用沟槽技术，即门极不再是与硅片表面平行的平板形状，而是垂直深入在低掺杂N区开的槽中。这样一方面可以减小每个MOSFET单元所占的面积，从而提高集成度、减小总的沟道电阻和极间电容，另一方面也可以减小低掺杂N区的通态电阻，使得低压电力MOSFET的通态和开关损耗都大幅度减小。此外，当设计耐压越低时，器件中硅片与金属引脚之间的连接以及其他封装环节形成的电阻在器件总的通态电阻中所占的比重也越来越大，因此封装技术的创新也是低压电力MOSFET的一个重要发展方向。

与此同时，IGBT技术也在不断地发展创新。从早期的以P ⁺ 注入区为衬底而实施其后所有半导体工艺的穿通（Punch Through，PT）型IGBT，到转为以低掺杂N漂移区为衬底而实施其后所有半导体工艺的非穿通（Non Punch Through，NPT）型IGBT，再到目前在NPT工艺的基础上应用类似于PT的电场穿过低掺杂N漂移区的场终止技术（有的厂家称为Soft PT或Light PT），同时结合沟槽技术的应用，IGBT已先后经历了几代产品的更迭，各方面的性能不断提高，从而统治了中、大功率的各种应用场合。这种发展趋势仍在继续，很多专家都认为，在未来20年内IGBT都将保持其在电力电子技术中的重要地位。

在10MVA以上或者数千伏以上的应用场合，如果不需要自关断能力，那么晶闸管仍然是目前的首选器件，特别是在高压直流输电装置和柔性交流输电装置等在电力系统输电设备中的应用。当然，随着IGBT耐受电压和电流能力的不断提升、成本的不断下降和可靠性的不断提高，IGBT还在不断夺取传统上属于晶闸管的应用领域，因为采用全控型器件的电力电子装置从原理上讲，总体性能一般都优于采用晶闸管的电力电子装置。

值得一提的是，宽禁带半导体材料由于其各方面性能优于硅材料，因而是很有前景的电力半导体材料，在光电器件、射频微波、高温电子、抗辐射电子等应用领域也受到特别的关注。近年来各种宽禁带半导体材料（特别是碳化硅）在提炼和制造工艺方面的研究有较大发展，越来越多的半导体厂家给予了很大的投入、碳化硅的肖特基二极管产品已开始大量应用于各种电力电子装置。但宽禁带材料电力电子器件要达到全面取代硅材料电力电子器件，特别是在全控型器件领域，尚需假以时日。

本章还集中介绍了电力电子器件的保护和串并联使用等问题。其具体要点是：①电力电子器件过电压的产生原因和过电压保护的主要方法及原理；②电力电子器件过电流保护的主要方法及原理；③电力电子器件缓冲电路的概念、分类、典型电路及基本原理；④电力电子器件串联和并联使用的目的、基本要求以及具体注意事项。 /MgrYT1O+Ft8KgkYDSKcgoAPoN/q818YvqEK4AM6jrBmeQVJ0VCjerqN6ql5Ddmy