Силовой полупроводник – это устройство, похожее на переключатель, которое в основном используется для управления и преобразования электроэнергии в электронных схемах. Как правило, в этих устройствах используются электронные свойства полупроводниковых элементов, таких как арсенид галлия, германий и кремний. Эти гаджеты, также называемые силовыми устройствами, обычно могут рассеивать более одного ватта энергии при стандартной работе. Их обычно называют силовыми ИС, когда они применяются в интегральных схемах, которые могут содержать миллионы устройств. соединены вместе на одном полупроводнике.
По большей части основная форма силового полупроводникового устройства была разработана в 1950-х годах. Инженеру Роберту Н. Холлу приписывают изобретение устройства. Изготовленные из германия, эти ранние гаджеты обычно имели номинальный ток около 35 ампер и напряжение около 200 вольт. Сравните это с современными силовыми полупроводниками, которые часто работают как с тысячами ампер, так и с тысячами вольт.
Существует несколько типов силовых полупроводниковых устройств, в том числе силовой диод, полупроводниковый оксид металла с полевым эффектом транзистор (MOSFET), тиристор и биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Силовые диоды обычно изготавливаются из двухвыводных электронных компонентов. Обычно они проводят электрический ток в прямом направлении и предотвращают протекание тока в обратном направлении. В отличие от своих маломощных полупроводниковых аналогов, они способны передавать значительный объем тока.
Силовые полевые МОП-транзисторы являются одним из наиболее широко используемых типов низковольтных силовых полупроводниковых приборов. Как правило, они менее 200 вольт и используются для контроллеров двигателей, источников питания и преобразователей постоянного тока в постоянный. Подобно мощному диоду, силовой полевой МОП-транзистор обычно предназначен для передачи значительного количества электроэнергии. Они часто более эффективны при более низких напряжениях и обладают более высокими скоростями коммутации, чем другие виды силовых полупроводников.
Тиристор — это тип силового полупроводника, который используется во всем: от регуляторов освещенности и систем контроля давления до регуляторов скорости двигателя и регуляторов уровня жидкости. Состоящие из четырех слоев, они состоят из чередующихся материалов типа P и типа N и обычно имеют три электрода. Они часто предназначены для управления значительным объемом мощности с использованием небольшого тока или напряжения срабатывания.
Силовой полупроводниковый биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — это устройство, предназначенное для быстрого отключения и включения. БТИЗ, считающиеся высокоэффективным типом силовых полупроводников, часто используются в системах кондиционирования воздуха и электромобилях. В стереосистемах, содержащих переключающие усилители, иногда также используются IGBT для синтеза сигналов сложной формы.