Состояние и перспективы развития элементной базы силовой электроники

Силовая электроника является ключевой технологией XXI века. Области

применения силовой электроники – топливно-энергетический комплекс,

промышленность, транспорт, быт и т.п. Силовые полупроводниковые приборы

определяют состояние и уровень развития силовой электроники.

Значительную долю рынка приборов силовой электроники занимают диоды. Предельные

характеристики для диодов составляют 10 кВ/10 кА. И хотя это достаточно проработанный класс

приборов силовой электроники, их развитие будет непрерывно продолжаться.

В области низких напряжений и высоких частот рынок уверено завоевывают транзисторы

MOSFET, что связано с уменьшением стоимости приборов за счет улучшения технологии

изготовления (Trench-Gate, Cool MOS), а также их высоких эксплуатационных характеристик.

Силовые биполярные транзисторы могут быть отнесены к устаревшим компонентам и

находят применение в основном в массовом и дешевом оборудовании.

В настоящее время запираемые тиристоры (GTO) являются одними из наиболее мощных

управляемых ключей. Производными тиристорных технологий являются IGCT (коммутируемый

тиристор с интегрированным управлением). Главное различие между GTO и IGCT заключается в

переводе полного анодного тока с катода на управляющий электрод за очень короткое время.

Преимуществом такого типа выключения  IGCT является существенное повышение их

быстродействия. На сегодняшний день для IGCT предельные коммутируемые мощности достигли

6 кА/8 кВ.

В среднем диапазоне мощностей и частот доминирует биполярный транзистор с

изолированным затвором (IGBT). IGBT рассматривается как прибор, который в состоянии

потеснить тиристоры некоторых типов. В настоящее время предельные характеристики для IGBT

составляют 3,6 кА/6,5 кВ. Современные IGBT, выпускаемые ведущими производителями,

объединяют достоинства PT и NPT-технологий. IGBT имеют большой потенциал для дальнейшего

совершенствования в направлении уменьшения падения напряжения в открытом состоянии,

динамических потерь и общего повышения коммутационных свойств. Кроме дальнейшего

развития IGBT на базе NPT-технологии следует ожидать расширение номенклатуры приборов на

основе FS-структур.

Работа выполнена под руководством  доцента, к.т.н. Коновалова М.П.