单片和多芯片设计的系统集成和高功率密度是功率电子系统发展的驱动力。
功率半导体主要用来控制电源和负载之间的能量流，它必须进行精确、快速地控制，并且功耗较小。
在过去的20年里，能量的合理使用、电气系统的小型化以及功率管理等要求推动着功率半导体和功率电子系统的不断革新和发展。
高压晶闸管的发展
具有直接光触发和集成保护功能的高功率晶闸管在需要晶闸管串联的应用中十分有优势，因它能减少高功率晶闸管逆变器所需元件的数量。它特别应用于高压直流输电、静态无功补偿、中压驱动装置逆变器和特定的脉冲功率。当HVDC换流站中的晶闸管出现某些故障时，必须受到保护：幅度过高的电压脉冲(过电压)；电压斜率dV/dt过高的电压脉冲；正向恢复时间中出现的电压脉冲。只有当晶闸管在遇到故障时能够安全导通，晶闸管才能得到可靠的保护。因此，一种前景看好的集成保护功能是用晶闸管的放大栅(AG)结构，在遇到故障时，通过AG在器件中产生足够大的内部触发电流。
用于未来能量转换中的IGBT和快速开关二极管
就应用于自动控制技术或牵引领域中的逆变器来说，对控制、智能驱动器和功率开关组成的匹配系统的需求不
断增加。强度、开态和开关损耗以及成本是逆变器中功率开关的关键参数。新的研发将集中在逆变器系统中会间接造成损耗的因素。负载电流越高，这些因素就越重要。开发的关键因素是IGBT内在的软化度、续流二极管以及增强的控制能力。通过优化单元设计和垂直结构，主要是电场截止结构，能使电流能力得到进一步的提高。讨论在这些应用领域中将IGBT作为主要开关使用的情况时，人们一定会说在过去的十年中，这一技术在降低损耗和减小芯片面积等方面已经有了巨大的进步，带来了设计更为简单、成本更低的封装和逆变器。在IGBT工艺中加入现代IC技术是促成这些改进的主要因素，这些技术包括小平面晶体管单元和沟槽晶体管单元，以及通过富有挑战性的超薄硅片技术实现的从PT到NPT再到FS(见图1)的垂直结构演化。
采用超级结技术的超高速开关器件
系统小型化(即降低系统的尺寸和重量)是功率电子产品发展的一个重要驱动力。电源是决定整个系统尺寸和重量的一个主要因素。强度和效率是电源发展的两个重要驱动力。许多电源拓扑的效率主要由开关MOSFET的器件电容决定，尤其是在低电压的情况下，开关晶体管Rds(on)对效率的影响十分显著。对于标准的MOSFET技术，这些要求受到硅限的限制。采用超级结MOSFET能解决这一基本矛盾。图2示出了现有最好的标准商用晶体管CoolMOS C3与其相应限制的比较(CP显示的是最新的进展)。图2还示出了功率MOSFET的传统单元结构(图的上方)以及超级结的单元结构(图的下方)。此外，这一新型的超级结技术将较低的单位面积的Rds(on)与总的栅电荷Qg结合起来，得到了Qg×Rds(on)为5Ω×nC的出色性能指标，其值还不到标准MOSFET的十分之一。
应用于高功率电源的SiC元件
英飞凌从2001年开始提供电压为300V和600V的SiC肖特基二极管。使用这些几乎没有开关损耗的整流器，由快速增加的动态损耗所引起的频率限制不再成为障碍。剩下的仅是电容损耗，电容损耗至少比这一电压范围内最快的硅双极二极管的损耗小一个数量级。目前，电源制造商已经发布了基于这一技术的产品，它包括PFC电路，工作频率为200kHz。今天，SiC肖特基二极管主要用于服务器和电信基站所使用的高端电源(>500 W)和高成本的太阳能电池逆变器。如今，二极管的浪涌电流是PFC常用设计中最关键的参数。这一问题在新一代SiC二极管中通过合并的pn-肖特基结得到了解决。使用这新方法后，器件所能承受的具有破坏性的浪涌电流的额定值增大了一倍。此外，该新型二极管第一次能为SiC中的单极二极管提供稳定的雪崩工作条件。除这些性能提升外，SiC肖特基二极管系列产品将向更高的击穿电压(1200V)发展，使UPS、逆变器、驱动器等应用也能享受无损耗开关所带来的益处。
总结
功率半导体一直是能量转换系统中的关键技术。由于功耗再次成为未来功率电子系统的核心问题，因此新一代功率半导体提供了高效率和对电源到负载的能量流的精确控制。此外，功率器件还对系统小型化、可靠性和成本降低有重大影响。