1.功率半导体的种类有哪些？

功率半导体器件处于现代电力电子变换器的核心地位，它对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用。功率半导体器件根据集成程度可分为功率IC和功率半导体分立器件。功率IC是将功率分立器件与驱动、保护等电路集成在一个半导体晶片上；功率分立器件可分为二极管、晶体管、晶闸管三大类别，晶体管中MOSFET、IGBT、BJT应用广泛。

据智研咨询统计，年全球功率半导体市场结构中，功率IC、MOSFET、IGBT、二极管是四种运用最为广泛的功率半导体产品，四者分别占比54%、16%、12%、15%。功率IC中，DC/DC转换器应用最为广泛，占比达到51%。

2.功率半导体的作用是什么？

功率半导体主要用于实现开关、放大、整流（AC/DC）、逆变（DC/AC）、斩波（DC/DC）等功能。

1）二极管

二极管的作用是“开关”。把电流用水流比喻的话，阳极是上游，阴极是下游，水能从上游流向下游，却不能从下游流向上游，这就是二极管的开关作用，也即整流作用。

2）晶体管

晶体管的作用是“增幅”和“开关”。在模拟信号中，晶体管在不改变输入信号波形的前提下放大电压和电流，如收音机可以放大空中传播的极微弱的信号。在数字信号中，晶体管起到切换0和1的开关作用。从晶体管的结构来理解，可以把晶体管的3个引脚（基极、集电极和发射极）分别视作自来水的阀门、水龙头和配管，通过在阀门施加微小的力量（基极的输入信号）即可控制龙头喷出巨大的水量（集电极的输出电流）。

3）晶闸管

晶闸管是高电压、大电流场景下的“开关”，相比二极管可控性更强。晶闸管的作用于二极管类似，其特点是可以用弱信号控制强信号，适宜高电压、大电流的场景。与二极管对比来看，晶闸管在应用端的功能更为多样和可控，最根本的是晶闸管可以控制正向电流通电时间，非常适用于交流电压开关、灯光控制、加热器功率控制、相位控制、电容器电压放电、继电器等应用，这些都是二极管无法胜任的。

4）功率IC

功率IC可直接用于实现DC/DC或AC/DC等更复杂的功能。其通过将上述分立功率器件及其驱动电路、保护电路、接口电路等外围电路集成在一个芯片上，用于实现上述功能。相比较而言，采用分立器件方案灵活性高，有助于降低物料清单成本，但需要更长的设计和验证时间，还需要较高的专业技术知识以及较长的线路调适时间。而功率IC集成化使得器件体积更小，功能更强大，相应产品价值会更高。

3.不同功率半导体的应用领域有何差别？

不同功率半导体的优势领域不同。功率二极管结构简单，成本低，广泛应用于消费电子和工业中；晶闸管适合高功率低频的工业场景，在可控性上优于二极管，常见应用场景包括电力传输、高铁、轻工业、船舶电力等。晶体管中，MOSFET高频特性最优，但由于耐压特性较差故在高功率领域应用受限，主要应用于消费电子、通讯、工业控制和汽车领域等高频低功率场景。IGBT耐压高，高功率领域应用优势明显，高频特性弱于MOSFET，广泛用于智能电网、高铁、新能源发电、电动汽车、白色家电等领域等高功率中低频场景。BJT则更适合低功率场景，在应用频率上低于MOSFET，主要用于家电等领域。

以晶体管中应用最为广泛的MOSFET和IGBT为例进行说明：

MOSFET：主要应用于消费电子、家用电器、汽车和PC电源

MOSFET简称MOS管，是一种全控-电压驱动的功率器件。从结构上来看，MOSFET的栅极与其他部分通过绝缘层隔开，输入阻抗较大，因而需要的驱动功率小。此外，MOS管是多子导电，关断时由于没有少子而显著地减小了开关时间和开关损耗，成为制造AC/DC开关转换器和DC/DC转换器的必要器件，特别适用于家用电器，汽车和PC电源领域。

MOSFET品类丰富，可适配多层次电压需求。根据结构工艺不同，市面上的主流功率MOSFET结构包括：平面型、沟槽型和超级结（SJ）。最常见的平面型LDMOSFET由于三极都在硅片的上表面，只能应用于电压较低、功率较小的场景。平面型VDMOSFET利用垂直导电结构让电流在硅片内部垂直流动，因而可适用于中高压。上述平面型结构的问题在于导通内阻较大，开关性能较差，不适用于高频场景。沟槽型的TrenchMOSFET和SGTMOSFET通过降低导通内阻和漏极栅极米勒电容，降低了开关时间和损耗，适用于中低压高频场景。SJMOSFET则综合了平面型和沟槽型结构两者的优点，在平面型结构中开一个低阻抗电流通路，高电压下实现了较低的导通电阻，广泛应用于高压高频领域。

IGBT：主要应用于轨道交通、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域

IGBT是由BJT(双极型晶体管)和MOSFET组成的全控-电压驱动的功率器件，多个IGBT可以集成为IPM模块。IGBT驱动原理类似MOSFET，但导通电流通过BJT处理，既有MOSFET输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快特性，又兼具BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在高压、大电流、高速等方面具有独特优势，广泛应用于轨道交通、智能电网、电动汽车与新能源装备等领域。

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