En tant qu'éléments fondamentaux des systèmes électroniques, les dispositifs de puissance à semi-conducteurs jouent un rôle crucial dans diverses industries, notamment l'électronique automobile, l'électronique grand public, les communications en réseau, les équipements électroniques, l'aérospatiale, les équipements militaires, l'instrumentation, l'automatisation industrielle et l'électronique médicale. Dans cet article, Chendaxing présentera la définition et la classification des appareils électriques.
Comment les dispositifs à semi-conducteurs de puissance discrets sont-ils définis ?
Les dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance (dispositifs électroniques de puissance), également appelés dispositifs électroniques de puissance, font référence à des dispositifs électroniques qui peuvent être directement utilisés dans les circuits principaux pour traiter l'énergie électrique, réalisant ainsi une conversion ou un contrôle de puissance. Leurs fonctions sont principalement classées en conversion de puissance, amplification de puissance, commutation de puissance, protection des circuits et rectification.
Les dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance peuvent être globalement classés en deux grandes catégories : les dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance (y compris les modules de puissance) et les circuits intégrés à semi-conducteurs de puissance (CI de puissance). Parmi ceux-ci, les dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance font référence aux dispositifs semi-conducteurs conçus pour remplir une fonction de base spécifique et ne peuvent pas être subdivisés davantage sur le plan fonctionnel.
En 1957, General Electric (GE), aux États-Unis, a développé le premier thyristor-de qualité industrielle au monde, marquant ainsi la naissance des dispositifs semi-conducteurs de puissance discrets. Le développement des dispositifs semi-conducteurs de puissance discrets est passé par une première étape centrée sur les thyristors, une deuxième étape représentée par les MOSFET et les IGBT, et entre maintenant dans une nouvelle étape centrée sur les dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite.
Comment les dispositifs à semi-conducteurs de puissance discrets sont-ils classés ?
En fonction de la structure des appareils, ils sont classés en diodes, transistors de puissance, thyristors et autres. Parmi ceux-ci, les transistors de puissance sont divisés en transistors à jonction bipolaire (BJT), transistors à effet de champ de jonction {{1} (JFET), transistors à effet de champ de semi-conducteur -oxyde métallique - (MOSFET) et transistors bipolaires à grille isolés - (IGBT).
En fonction de leur capacité de gestion de l'énergie, ils sont classés en dispositifs semi-conducteurs discrets basse-tension et faible-puissance ; dispositifs à semi-conducteurs discrets de moyenne-puissance ; dispositifs à semi-conducteurs discrets-de haute puissance ; et des dispositifs à semi-conducteurs discrets haute-tension et ultra-haute-puissance.
En fonction de la nature du signal appliqué entre la borne de commande et la borne commune par le circuit de commande (à l'exclusion des diodes de puissance), ils peuvent être classés en types pilotés en courant-et pilotés en tension-.
Piloté par le courant- : alimentez les dispositifs discrets à semi-conducteurs qui sont éteints en injectant ou en extrayant du courant à partir du terminal de commande.
Piloté par la tension : alimentez les dispositifs à semi-conducteurs qui sont allumés ou éteints en appliquant un signal de tension spécifique entre la borne de commande et la borne commune.
En fonction du degré avec lequel le signal du circuit de commande contrôle l'appareil, ils peuvent être classés comme non contrôlés, semi-contrôlés et entièrement contrôlés.
Appareils non contrôlés : appareils discrets à semi-conducteurs de puissance dont les états marche/arrêt ne peuvent pas être contrôlés par un signal de commande ; les appareils représentatifs incluent des diodes de puissance.
Appareils semi-contrôlés : appareils de puissance dont la conduction peut être contrôlée par un signal de commande mais dont l'extinction-ne peut pas être contrôlée ; les dispositifs représentatifs comprennent les thyristors et la plupart de leurs dispositifs dérivés.
Appareils entièrement contrôlés : appareils à semi-conducteurs de puissance discrets dans lesquels les signaux de commande peuvent réguler à la fois l'activation et la désactivation ; les dispositifs représentatifs comprennent les transistors bipolaires à grille isolée{{2} (IGBT), les transistors à effet de champ de puissance (FET) et les thyristors à grille-d'arrêt- ;
En fonction de l'implication des deux types de porteurs de charge-électrons et trous-dans la conduction du dispositif, les dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance peuvent être classés en dispositifs unipolaires, dispositifs bipolaires et dispositifs composites.
Dispositifs unipolaires : dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance dans lesquels un seul type de porteur de charge (électrons ou trous) participe à la conduction ;
Dispositifs bipolaires : dispositifs discrets à semi-conducteurs de puissance dans lesquels les électrons et les trous participent à la conduction ;
Dispositifs composites : dispositifs à semi-conducteurs de puissance discrets formés par l'intégration de dispositifs unipolaires et bipolaires ;
Sur la base des matériaux de substrat utilisés dans les dispositifs à semi-conducteurs de puissance, les dispositifs à semi-conducteurs de puissance discrets existants peuvent être classés en trois générations :
Les matériaux semi-conducteurs de première-génération sont principalement représentés par le germanium (les premiers produits, désormais rares) et le silicium.
Les matériaux semi-conducteurs de deuxième-génération sont principalement des matériaux semi-conducteurs composés, tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphure d'indium (InP).
Les matériaux semi-conducteurs de troisième-génération sont principalement des matériaux semi-conducteurs-à large bande interdite, tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN).