Kas ir spēka pusvadītājs?

Strāvas pusvadītājs ir slēdzim līdzīga ierīce, ko galvenokārt izmanto, lai kontrolētu un pārveidotu elektroenerģiju elektroniskajās shēmās. Kopumā šīs ierīces izmanto elektroniskās īpašības, kas atrodamas pusvadītāju elementos, piemēram, gallija arsenīdā, germānijā un silīcijā. Šos sīkrīkus sauc arī par barošanas ierīcēm, un tie standarta darbības laikā parasti var izkliedēt vairāk nekā vienu vatu jaudas. Tos parasti sauc par jaudas IC, ja tos izmanto integrālajās shēmās, kurās var būt miljoniem ierīču, kas savienotas kopā vienā pusvadītājā.

Lielākoties jaudas pusvadītāju ierīces pamatforma tika izstrādāta pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados. Ierīces izgudrotājs ir inženieris Roberts N. Hols. Izgatavoti no germānija, šiem agrīnajiem sīkrīkiem parasti bija aptuveni 1950 ampēri strāva un aptuveni 35 voltu sprieguma jauda. Salīdziniet to ar mūsdienu jaudas pusvadītājiem, kas bieži iztur tūkstošiem ampēru, kā arī tūkstošiem voltu.

Pastāv vairāki jaudas pusvadītāju ierīču veidi, tostarp jaudas diode, metāla oksīda pusvadītāju lauka efekta tranzistors (MOSFET), tiristors un izolētas vārtu bipolārais tranzistors (IGBT). Jaudas diodes parasti ir izgatavotas no divu spaiļu elektroniskiem komponentiem. Tie parasti veic elektrisko strāvu uz priekšu un neļauj strāvai nākt pretējā virzienā. Atšķirībā no mazjaudas pusvadītāju kolēģiem, tie spēj pārraidīt ievērojamu strāvas daudzumu.

Jaudas MOSFET ir viens no visplašāk izmantotajiem zemsprieguma jaudas pusvadītāju lietojumu veidiem. Parasti tie ir mazāki par 200 voltiem un tiek izmantoti motora kontrolleriem, barošanas avotiem un līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotājiem. Tāpat kā jaudas diode, jaudas MOSFET parasti ir aprīkots, lai pārvadātu ievērojamu daudzumu elektroenerģijas. Tie bieži ir efektīvāki pie zemākiem spriegumiem un tiem ir liels komutācijas ātrums nekā cita veida jaudas pusvadītāji.

Tiristors ir jaudas pusvadītāju veids, ko izmanto visās jomās, sākot no gaismas slēdžu dimmeriem un spiediena kontroles sistēmām līdz motora ātruma kontrolei un šķidruma līmeņa regulatoriem. Tie sastāv no četriem slāņiem, tie sastāv no mainīgiem P un N tipa materiāliem, un tiem parasti ir trīs elektrodi. Tie bieži ir paredzēti, lai kontrolētu ievērojamu jaudas apjomu, izmantojot nelielu iedarbināšanas strāvu vai spriegumu.

Izolēta vārtu bipolārā tranzistora (IGBT) jaudas pusvadītājs ir sīkrīks, kas paredzēts ātrai izslēgšanai un ieslēgšanai. IGBT tiek uzskatīti par ļoti efektīvu jaudas pusvadītāju tipu, un tos bieži izmanto gaisa kondicionēšanas sistēmās un elektriskajās automašīnās. Stereo sistēmas, kurās ir pārslēgšanas pastiprinātāji, dažreiz izmanto arī IGBT, lai palīdzētu sintezēt sarežģītas viļņu formas.