第一篇：電力電子技術(shù)總結(jié)

電力電子技術(shù)總結(jié)

1晶閘管是三端器件，三個(gè)引出電極分別是陽(yáng)極，門(mén)極和陰極。2單向半波可控整流電路中，控制角α最大移相范圍是0~180°

3單相半波可控整流電路中，從晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通到關(guān)斷之間的角度是導(dǎo)通角 4在電感性負(fù)載三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大正向電壓為√6U2 5在輸入相同幅度的交流電壓和相同控制角的條件下，三相可控整流電路與單相可控整流電路比較，三相可控可獲得較高的輸出電壓

6直流斬波電路是將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能的電路

7逆變器分為有源逆變器和無(wú)源逆變器8大型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)處于滅磁運(yùn)行時(shí)，三相全控橋式變流器工作于有源逆變

9斬波器的時(shí)間比控制方式分為點(diǎn)寬調(diào)頻，定頻調(diào)寬，調(diào)寬調(diào)頻三種 10 DC/DC變換的兩種主要形式為斬波電路控制型和直交直電路 11在三相全控橋式變流電路中，控制角和逆變角的關(guān)系為α+β=π

12三相橋式可控整流電路中，整流二極管在每個(gè)輸入電壓基波周期內(nèi)環(huán)流次數(shù)為6次 13在三相全控橋式整流逆變電路中，直流側(cè)輸出電壓Ud=-2.34U2cosβ 14在大多數(shù)工程應(yīng)用中，一般取最小逆變角β的范圍是β=30° 15在橋式全控有源逆變電路中，理論上你逆變角β的范圍是0~30° 16單相橋式整流電路能否用于有源逆變電路中 是

17改變SPWM逆變器中的調(diào)制比，可以改變輸出電壓的幅值 電流型逆變器中間直流環(huán)節(jié)貯能元件是大電感

19三相半波可控整流電路能否用于有源逆變電路中？ 能

20在三相全控整流電路中交流非線性壓敏電阻過(guò)電壓保護(hù)電路的連接方式有星型和三角形 21抑制過(guò)電壓的方法之一是用儲(chǔ)能元件吸收可能產(chǎn)生過(guò)電壓的能量，并用電阻將其消耗 22為了利用功率晶閘管的關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電流后延應(yīng)是一個(gè)負(fù)脈沖 180°導(dǎo)電型電壓源型三相橋式逆變電路，其換相是在同一橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件之間進(jìn)行

24改變SPWM逆變器的調(diào)制波頻率，可以改變輸出電壓的基波頻率。

25恒流驅(qū)動(dòng)電路中抗飽和電路的主要作用是減小器件的存儲(chǔ)時(shí)間，從而加快關(guān)斷時(shí)間。26在三相全控橋式整流電路單脈沖觸發(fā)方式中，要求脈沖寬度大于60° 27整流電路的總的功率因數(shù)P/S 28 PWM跟蹤控制法的常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式

29單相PWM控制整流電路中，電源IsY與Us完全相位時(shí)，該電路工作在整流狀態(tài) 30 PWM控制電路中載波比為載波頻率與調(diào)制信號(hào)之比 Fc/Fr 31電力電子就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)

32電力電子系統(tǒng)由主電路，控制電路，檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成。33整流電路：將交流電能變成直流電能供給直流用電設(shè)備的變流裝置。34逆變電路定義：把直流電逆變?yōu)榻涣麟姷碾娐?/p>

35有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連接時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式。36無(wú)源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到負(fù)載的電路。逆變電路分類：為電壓型逆變電路（直流側(cè)為電壓源）和電源型逆變電路（直流側(cè)為電流源）38 PWM控制定義：脈沖寬度控制技術(shù)39 SPWM波形：PWM波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，與正弦波等效時(shí)。40異步調(diào)制：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式，即N值不斷變化。

41控制方式：保持載波頻率Fc固定不變，這樣當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率Fr變化時(shí)，載波比N試變化的

42同步調(diào)制：在逆變器輸出變頻工作時(shí)，使載波與調(diào)制信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式，即改變調(diào)制信號(hào)波頻率的同時(shí)成正比的改變載波頻率，保持載波比N等于常數(shù)。

43分段同步調(diào)制：把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比N為恒定，不同頻段內(nèi)的載波比不同。

第二篇：電力電子技術(shù)第二章總結(jié)

2016 電力電子技術(shù)

作業(yè)：第二章總結(jié)

班級(jí)：XXXXXX學(xué)號(hào)：XXXXXXX姓名：XXXXXX 第二章電力電子器件 總結(jié) 1.概述

不可控器件——電力二極管(Power Diode)GPD FRD SBD 半控型器件——晶閘管(Thyristor)FST TRIAC LTT 典型全控型器件 GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型電力電子器件 MCT SIT SITH IGCT 功率集成電路與集成電力電子模塊 HVIC SPIC IPM 1.1相關(guān)概念

主電路(Main Power Circuit):在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中,直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路? 電力電子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于處理電能的主電路中,實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件?

1.2特點(diǎn)

電功率大,一般都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件? 一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)?

由信息電子電路來(lái)控制 ,而且需要驅(qū)動(dòng)電路(主要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大)? 功率損耗大,工作時(shí)一般都需要安裝散熱器?

通態(tài)損耗,斷態(tài)損耗,開(kāi)關(guān)損耗(開(kāi)通損耗 關(guān)斷損耗)開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí),可能成為器件功率損耗的主要因素?

電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成

一般是由控制電路?驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)? 關(guān)鍵詞 電力電子系統(tǒng) 電氣隔離 檢測(cè)電路 保護(hù)電路 三個(gè)端子

1.3電力電子器件的分類 按能夠被控制電路信號(hào)控制的程度不同可分為 半控型器件(開(kāi)通可控,關(guān)斷不可控)全控型器件(開(kāi)通,關(guān)斷都可控)不可控器件(開(kāi)通,關(guān)斷都不可控)按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)不同可分為 電流驅(qū)動(dòng)型 電壓驅(qū)動(dòng)型

按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形(電力二極管除外)不同可分為 脈沖觸發(fā)型 電平控制型

按照載流子參與導(dǎo)電的情況不同可分為 單極型器件(由一種載流子參與導(dǎo)電)雙極型器件(由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電)復(fù)合型器件(由單極型器件和雙極型器件集成混合而成,也稱混合型器件)關(guān)鍵詞 控制的程度 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)?波形 載流子參與導(dǎo)電的情況 工作原理 基本特性 主要參數(shù)

2不可控器件——電力二極管(Power Diode)2.1結(jié)構(gòu)與工作原理

電力二極管實(shí)際上是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的?

PN節(jié)(PN junction):采用不同的摻雜工藝,通過(guò)擴(kuò)散作用,將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體(通常是硅或鍺)基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)?

N型半導(dǎo)體(N為Negative的字頭,由于電子帶負(fù)電荷而得此名):即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?

P型半導(dǎo)體(P為Positive的字頭,由于空穴帶正電而得此名):即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?

正向電流IF :當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓(正向偏置)時(shí),在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流?

反向截止?fàn)顟B(tài):當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)(反向偏置)時(shí),反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài),幾乎沒(méi)有電流流過(guò)的狀態(tài)?

反向擊穿:PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力,但當(dāng)施加的反向電壓過(guò)大,反向電流將會(huì)急劇增大,破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)?雪崩擊穿 齊納擊穿(可以恢復(fù))熱擊穿(不可恢復(fù))P-i-N結(jié)構(gòu) 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)(Conductivity Modulation):當(dāng)正向電流較小時(shí),管壓降隨正向電流的上升而增加;當(dāng)正向電流較大時(shí),電阻率明顯下降,電導(dǎo)率大大增加的現(xiàn)象? 關(guān)鍵詞 少子 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 空間電荷區(qū)(耗盡層?阻擋區(qū)?勢(shì)壘區(qū))結(jié)電容CJ:PN結(jié)中的電荷量隨外加電壓而變化,呈現(xiàn)電容效應(yīng)?(微分電容)擴(kuò)散電容CD:擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用?正向電壓較高時(shí),擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分? 勢(shì)壘電容CB:勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用,外加電壓頻率越高,勢(shì)壘電容作用越明顯?在正向偏置時(shí),當(dāng)正向電壓較低時(shí),勢(shì)壘電容為主?

作用:結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率,特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下,可能使其單向?qū)щ娦宰儾?甚至不能工作?

2.2基本特性

靜態(tài)特性(伏安特性)門(mén)檻電壓UTO 正向電壓降UF

反向漏電流是由少子引起的微小而數(shù)值定? 動(dòng)態(tài)特性

結(jié)電容 零偏置,正向偏置,反向偏置 不能立即轉(zhuǎn)換狀態(tài) 過(guò)渡過(guò)程

正向偏置時(shí)

延遲時(shí)間:td=t1-t0

電流下降時(shí)間:tf = t2-t1 反向恢復(fù)時(shí)間:trr= td + tf

恢復(fù)特性的軟度:Sr= tf / td,或稱恢復(fù)系數(shù),Sr越大恢復(fù)特性越軟?

由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

過(guò)沖UFP : 原因:1)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存,在達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較大?2)正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降?電流上升率越大,UFP越高?

正向恢復(fù)時(shí)間:tfr

2.3主要參數(shù)

正向平均電流IF(AV)正向壓降UF 反向重復(fù)峰值電壓URRM 最高工作結(jié)溫TJM 反向恢復(fù)時(shí)間trr 浪涌電流IFSM

2.4主要類型

普通二極管(General Purpose Diode)快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode,FRD)肖特基二極管(Schottky Barrier Diode, SBD)3半控型器件——晶閘管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)3.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖a)P1 區(qū)引出陽(yáng)極A?N2 區(qū)引出陰極K? P2 區(qū)引出門(mén)極G 工作原理可以用雙晶體管模型解釋如右圖b)?

工作過(guò)程關(guān)鍵詞: IG V2 Ic2 Ic1 正反饋 觸發(fā) 門(mén)觸發(fā)電路

其他幾種可能導(dǎo)通的情況

陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高 光觸發(fā) 結(jié)溫較高 只有門(mén)極觸發(fā)是最精確?迅速而可靠的控制手段?

3.2基本特性

靜態(tài)特性

正常工作特性

當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí),不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通 ? 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí),僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通 ?

晶閘管一旦導(dǎo)通,門(mén)極就失去控制作用,不論門(mén)極觸發(fā)電流是否還存在,晶閘管都保持導(dǎo)通 ? 若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下? 伏安特性

如右圖所示 包括正向特性和反向特性

正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 維持電流IH

反向最大瞬態(tài)電壓URSM 反向重復(fù)峰值電壓URRM 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 斷態(tài)最大瞬時(shí)電壓UDSM

動(dòng)態(tài)特性

如右圖所示

延遲時(shí)間td(0.5~1.5?s)上升時(shí)間tr(0.5~3?s)開(kāi)通時(shí)間tgt=td+tr 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr 正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr 關(guān)斷時(shí)間tq=trr+tgr

3.3主要參數(shù)(包括電壓定額和電流定額)電壓定額

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 反向重復(fù)峰值電壓URRM 通態(tài)(峰值)電壓UT

通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓?選用時(shí),一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍? 電流定額

通態(tài)平均電流 IT(AV)維持電流IH 擎住電流 IL 浪涌電流ITSM 動(dòng)態(tài)參數(shù)

開(kāi)通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 通態(tài)電流臨界上升率di/dt

3.4晶閘管的派生器件

快速晶閘管(Fast Switching Thyristor, FST)雙向晶閘管(Triode AC Switch——TRIAC or Bidirectional Triode Thyristor)逆導(dǎo)晶閘管(Reverse Conducting Thyristor, RCT)光控晶閘管(Light Triggered Thyristor, LTT)

典型全控型器件

4門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor, GTO)晶閘管的一種派生器件,但可以通過(guò)在門(mén)極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷,因而屬于全控型器件?

4.1結(jié)構(gòu)與工作原理

其結(jié)構(gòu)原理可以參考晶閘管 數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)小GTO單元

4.2基本特性

靜態(tài)特性和普通晶閘管類似 動(dòng)態(tài)特性

儲(chǔ)存時(shí)間ts 下降時(shí)間tf 尾部時(shí)間tt

4.3主要參數(shù)

最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO 電流關(guān)斷增益?off 開(kāi)通時(shí)間ton 關(guān)斷時(shí)間toff

5電力晶體管(Giant Transistor, GTR)5.1結(jié)構(gòu)和工作原理

與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的? 最主要的特性是耐壓高?電流大?開(kāi)關(guān)特性好? 達(dá)林頓接法 單元結(jié)構(gòu) 并聯(lián) 三層半導(dǎo)體 兩個(gè)PN結(jié)

5.2基本特性

右圖所示

靜態(tài)特性

右圖所示 動(dòng)態(tài)特性

右圖所示

5.3主要參數(shù)

電流放大倍數(shù)? 直流電流增益hFE

集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo 集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces 開(kāi)通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff 最高工作電壓

BUceo:基極開(kāi)路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓

實(shí)際使用GTR時(shí),為了確保安全,最高工作電壓要比BUceo低得多?集電極最大允許電流IcM

集電極最大耗散功率PcM

6電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET)6.1結(jié)構(gòu)和工作原理

SDDGN+PN+N+溝道PN+N-GGN+SSDN溝道P溝道a)b)

6.3基本特性

圖1-19靜態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性

MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系,可以降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻Rs,從而減小柵極回路的充放電時(shí)間常數(shù),加快開(kāi)關(guān)速度?

6.4主要參數(shù)

跨導(dǎo)Gfs?開(kāi)啟電壓UT以及開(kāi)關(guān)過(guò)程中的各時(shí)間參數(shù)?

漏極電壓UDS

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

柵源電壓UGS

極間電容 CGS?CGD和CDS?

漏源間的耐壓?漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)?

7絕緣柵雙極晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT or IGT)綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn) 場(chǎng)控器件

7.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

其開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的?

7.2基本特性

靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)移特性 輸出特性 動(dòng)態(tài)特性

開(kāi)通過(guò)程

開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)電流上升時(shí)間tr 電壓下降時(shí)間tfv 開(kāi)通時(shí)間ton= td(on)+tr+tfv

tfv分為tfv1和tfv2兩段?

關(guān)斷過(guò)程

關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)電壓上升時(shí)間trv 電流下降時(shí)間tfi

關(guān)斷時(shí)間toff = td(off)+trv+tfi

tfi分為tfi1和tfi2兩段

7.3主要參數(shù)

最大集射極間電壓UCES 最大集電極電流 最大集電極功耗PCM

8其他新型電力電子器件

MOS控制晶閘管MCT 靜電感應(yīng)晶體管SIT 靜電感應(yīng)晶閘管SITH 集成門(mén)極換流晶閘管IGCT

基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件

第三篇：電力電子技術(shù)課程總結(jié)

學(xué) 號(hào)：1111111111

Hefei University

功率變換技術(shù)課程綜述

報(bào)告題目：IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

專業(yè)班級(jí)： XXXXXXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXX 教師姓名： ZZZZZ老師 完成時(shí)間： 2017年5月14日

IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

中 文 摘 要

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。

關(guān)鍵詞：IGBT；半導(dǎo)體；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

Present situation and development trend of IGBT research

ABSTRACT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), insulated gate bipolar transistor, is composed of BJT(bipolar transistor)and MOS(insulated gate FET)composite full controlled voltage composed of driven power semiconductor devices, has the advantages of high input impedance and low conductance GTR with MOSFET through the two aspects pressure drop.The GTR saturation voltage is reduced, the carrier current density is large, but the driving current is large.The driving power of MOSFET is very small and the switching speed is fast, but the turn-on voltage drop is large and the carrier current density is small.IGBT combines the advantages of the above two devices, small driving power and lower saturation voltage KEYWORD:IGBT;Semiconductor;Status;Development prospect.一、引言..............................................................................................................1

二、IGBT介紹.....................................................................................................1 2.1 什么是IGBT..........................................................................................1 2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)...........................................................................1 2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率..............................................................................2

三、存在的問(wèn)題....................................................................................................4

四、研究現(xiàn)狀........................................................................................................5

五、發(fā)展趨勢(shì)........................................................................................................6 參考文獻(xiàn)................................................................................................................7

一、引言

自20 世紀(jì)50 年代末第一只晶閘管問(wèn)世以來(lái), 電力電子技術(shù)開(kāi)始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái), 以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的可控硅整流裝置, 是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一次革命, 使電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代, 這標(biāo)志著電力電子的誕生。

進(jìn)入70 年代晶閘管開(kāi)始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品, 普通晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件, 被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和制造工藝水平的不斷提高, 電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展, 是電力電子技術(shù)的又一次飛躍, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件, 開(kāi)始向大容易高頻率、響應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。

二、IGBT介紹

2.1 什么是IGBT 絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是在金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(Bipolar)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合功率器件，具有MOS輸入、雙極輸出功能。IGBT集Bipolar器件通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。作為電力電子變換器的核心器件，為應(yīng)用裝置的高頻化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基礎(chǔ)。

自IGBT商業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，作為新型功率半導(dǎo)體器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的頻率應(yīng)用范圍內(nèi)占據(jù)重要地位，其電壓范圍為600V—6500V，電流范圍為1A—3600A(140mm x 190mm模塊)。IGBT廣泛應(yīng)用于工業(yè)、4C(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子)、航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問(wèn)題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)，因此被稱為功率變流產(chǎn)品的“CPU”、“綠色經(jīng)濟(jì)之核”。在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，為適應(yīng)全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要，IGBT必將扮演更為重要的角色，是節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的重要支點(diǎn)。

2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)

2.2.1容量

低功率IGBT應(yīng)用范圍一般都在600V、1KA、1KHZ以上區(qū)域，為滿足家電行業(yè)的需求，ST半導(dǎo)體，三菱公司推出低功率IGBT產(chǎn)品，適用于微波爐，洗衣機(jī)等。而非傳統(tǒng)性IGBT采用薄片技術(shù)，在性能上高速，低損耗，在設(shè)計(jì)600V-1200V的IGBT時(shí)，其可靠性最高。2.2.2 開(kāi)關(guān)頻率

IGBT的開(kāi)通過(guò)程按時(shí)間可以分為四個(gè)過(guò)程，如下：第一：門(mén)射電壓Vge小于閥值電壓Vth時(shí)。其門(mén)極電阻RG和門(mén)射電容CGEI的時(shí)間常數(shù)決定這一過(guò)程。當(dāng)器件的集電極電流IC 和集射電壓VCE均保持不變時(shí)，CGEI就是影響其導(dǎo)通延遲時(shí)間tdon的唯一因素。第二：當(dāng)門(mén)射電壓Vge達(dá)到其閥值電壓時(shí)，開(kāi)通過(guò)程進(jìn)入第二階段，IGBT開(kāi)始導(dǎo)通，其電流上升速率dI/dt的大小與門(mén)射電壓Vge和器件的跨導(dǎo)gfs有如下關(guān)系：dIc/dt=gfs（Ic）＊dVge/dt。其中，dVge/dt由器件的門(mén)極電阻Rg和門(mén)射電容CGEI所決定（對(duì)于高壓型IGBT來(lái)說(shuō)，門(mén)集電容Cgc可忽略不計(jì)）。第三：第三階段從集電極電流達(dá)到最大值ICmax。第四：通之后，器件進(jìn)入穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)。

2.2.3 關(guān)斷過(guò)程

當(dāng)在柵極施加一個(gè)負(fù)偏壓或柵壓低于門(mén)限值時(shí)，溝道被禁止，沒(méi)有空穴注入N-區(qū)內(nèi)。在任何情況下，如果MOSFET電流在開(kāi)關(guān)階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因?yàn)閾Q向開(kāi)始后，在N層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子(少子)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)洌瑢哟魏穸群蜏囟取Ｉ僮拥乃p使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問(wèn)題：功耗升高；交叉導(dǎo)通問(wèn)題，特別是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備上，問(wèn)題更加明顯。

鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應(yīng)與芯片的溫度、IC 和VCE密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據(jù)所達(dá)到的溫度，降低這種作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的電流的不理想效應(yīng)是可行的。

2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率

2.3.1 柵極驅(qū)動(dòng)電壓

因IGBT柵極—發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但 IGBT 的輸入電容較MOSFET大，所以IGBT的驅(qū)動(dòng)偏壓應(yīng)比MOSFET 驅(qū)動(dòng)所需偏壓強(qiáng)。在+20℃情況下，實(shí)測(cè)60 A，1200 V 以下的 IGBT 開(kāi)通電壓閥值為5～6 V，在實(shí)際使用時(shí)，為獲得最小導(dǎo)通壓降，應(yīng)選取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，當(dāng)Uge 增

加時(shí)，導(dǎo)通時(shí)集射電壓Uce將減小，開(kāi)通損耗隨之減小，但在負(fù)載短路過(guò)程Uge 增加，集電極電流Ic也將隨之增加，使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄，因此Ugc的選擇不應(yīng)太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時(shí)也限制了短路電流及其所帶來(lái)的應(yīng)力(在具有短路工作過(guò)程的設(shè)備中，如在電機(jī)中使用IGBT時(shí)，+Uge在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力）。2.3.2對(duì)電源的要求

對(duì)于全橋或半橋電路來(lái)說(shuō)，上下管的驅(qū)動(dòng)電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，主要是對(duì)其內(nèi)部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電，要求能提供較大的瞬時(shí)電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的du/dt誤使IGBT導(dǎo)通，應(yīng)加上一個(gè)-5V的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷(過(guò)大的反向電壓會(huì)造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為-2～10V之間)。2.3.3對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求

從減小損耗角度講，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門(mén)極電壓使 IGBT 快速開(kāi)通，達(dá)到飽和的時(shí)間很短，因此可以降低開(kāi)通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實(shí)際使用中，過(guò)快的開(kāi)通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因?yàn)樵谶@種情況下，IGBT過(guò)快的開(kāi)通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt，并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會(huì)造成 IGBT 或其他元器件被過(guò)壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

2.3.4對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求

由于 IGBT 的開(kāi)關(guān)過(guò)程需要消耗一定的電源功率，最小峰值電流可由下式求出：IGP=△Uge/RG+Rg；式中△ Uge=+Uge+|Uge|；RG是IGBT內(nèi)部電阻；Rg 是柵極電阻。

驅(qū)動(dòng)電源的平均功率為：PAV=Cge△Uge2f，（*式中f為開(kāi)關(guān)頻率；Cge 為柵極電容)。2.3.5 柵極電阻

為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩，減小IGBT集電極的電壓尖峰，應(yīng)在IGBT柵極串上合適的電阻Rg。當(dāng)Rg增大時(shí)IGBT導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，損耗發(fā)熱

加劇;Rg減小時(shí)，di/dt 增高，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通，使 IGBT 損壞。應(yīng)根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開(kāi)關(guān)頻率來(lái)選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間(在具體應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整)。另外為防止門(mén)極開(kāi)路或門(mén)極損壞時(shí)主電路加電損壞IGBT，建議在柵射間加入一電阻Rge，阻值為10 kΩ左右。

2.3.6柵極布線要求

合理的柵極布線對(duì)防止?jié)撛谡鹗帲瑴p小噪聲干擾，保護(hù)IGBT正常工作有很大幫助：

（1）布線時(shí)須將驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)和lGBT之間的寄生電感減至最低(把驅(qū)動(dòng)回路包圍的面積減到最小)；

（2）正確放置柵極驅(qū)動(dòng)板或屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

（3）應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動(dòng)電路；

（4）驅(qū)動(dòng)電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時(shí)，應(yīng)使用雙絞線連接；（5）柵極保護(hù)，箝位元件要盡量靠近柵射極。2.3.7 隔離問(wèn)題

由于功率IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，所以驅(qū)動(dòng)電路必須與整個(gè)控制電路在電位上完全隔離。

三、存在的問(wèn)題

因?yàn)镮GBT工作時(shí)，其漏極區(qū)（p+區(qū)）將要向漂移區(qū)（n-區(qū)）注入少數(shù)載流子——空穴，則在漂移區(qū)中存儲(chǔ)有少數(shù)載流子電荷；當(dāng)IGBT關(guān)斷（柵極電壓降為0）時(shí)，這些存儲(chǔ)的電荷不能立即去掉，從而IGBT的漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的拖尾——關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)（10～50ms）。所以IGBT的工作頻率較低。為了縮短關(guān)斷時(shí)間，可以采用電子輻照等方法來(lái)降低少數(shù)載流子壽命，但是這將會(huì)引起正向壓降的增大等弊病。

IGBT中存在有寄生晶閘管—MOS柵控的n+-p-n-p+晶閘管結(jié)構(gòu)，這就使得器件的最大工作電流要受到此寄生晶閘管閉鎖效應(yīng)的限制（采用陰極短路技術(shù)可以適當(dāng)?shù)販p弱這種不良影響）。

四、研究現(xiàn)狀

最近20年中，IGBT的發(fā)展很快，技術(shù)改進(jìn)方案很多，并且實(shí)用化。每種改進(jìn)措施的采取，都會(huì)把IGBT的性能向前推進(jìn)。其中，最重要的還是不斷把“通態(tài)壓降—開(kāi)關(guān)時(shí)間”的矛盾處理到更為優(yōu)化的折衷點(diǎn)。不同公司宣布自己研制生產(chǎn)的IGBT進(jìn)入了第X代。但是，總體看，隨著重大技術(shù)改進(jìn)措施的成功，可以把IGBT的演變歸納成以下五代。

（1）第一代：即平面柵(PT)型。它提出了在功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)漏極側(cè)pn結(jié)以提供正向注入少數(shù)載流子實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制來(lái)降低通態(tài)壓降的基本方案。

（2）第二代：采用緩沖層，精密控制圖形和少子壽命的平面柵穿通（PT）型外延襯底IGBT。器件縱向采用n′緩沖層，既可以減薄有效基區(qū)厚度和硅片總厚度來(lái)減小通態(tài)壓降，又能降低該發(fā)射結(jié)的注入系數(shù)，以抑制“晶閘管效應(yīng)”。器件橫向（平面）采用精密圖形，減少每個(gè)元胞的尺寸，提高器件的開(kāi)關(guān)速度。再采用專門(mén)的擴(kuò)鉑與快速退火措施，以控制基區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的較合理分布。這樣的IGBT耐壓達(dá)到1200V，通態(tài)壓降達(dá)到2.1-2.3V，鎖定效應(yīng)得到有效抑制。這時(shí)，IGBT已經(jīng)充分實(shí)用化了。

（3）第三代：溝槽柵（Trench gate）型IGBT。這一代IGBT采取溝槽柵結(jié)構(gòu)代替平面柵。在平面柵結(jié)構(gòu)中，電流流向與表面平行的溝道時(shí)，柵極下面由P阱區(qū)圍起來(lái)的一個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（J-FET）是電流的必經(jīng)之路，它成為電流通道上的一個(gè)串聯(lián)電阻。在溝槽柵結(jié)構(gòu)中，這個(gè)柵下面的J-FET是被干法刻蝕的工藝很好地挖去了，連同包圍這個(gè)區(qū)域、延伸到原來(lái)柵極下構(gòu)成溝道的部分P區(qū)層也都挖掉。于是n+發(fā)射源區(qū)和留下的P區(qū)層就暴露在該溝槽的側(cè)壁，通過(guò)側(cè)壁氧化等一系列特殊加工，側(cè)壁氧化層外側(cè)的P區(qū)內(nèi)形成了垂直于硅片表面的溝道。

（4）第四代：非穿通（NPT）型IGBT。隨著阻斷電壓突破2000V的需求，IGBT中隨承受電壓的基區(qū)寬度超過(guò)150微米。這時(shí)靠高阻厚外延來(lái)生成硅襯底的做法，不僅十分昂貴（外延成本同外延層厚度成正比），而且外延層的摻雜濃度和外延層厚度的均勻性都難以保證。這時(shí)，采用區(qū)熔單晶硅片制造IGBT的呼聲日漸成熟，成本可以大為降低，晶體完整性和均勻性得到充分滿足。

（5）第五代：電場(chǎng)截止（FS）型。當(dāng)單管阻斷電壓進(jìn)一步提高，硅片的基區(qū)厚度就會(huì)急劇增加。于是，IGBT的通態(tài)壓降勢(shì)必隨其耐壓的提高而增大。FS型IGBT吸收了PT型和NPT型兩類器件的優(yōu)點(diǎn)，形成硅片厚度比NPT型器件薄約

1/

3、又保持正電阻溫度系數(shù)單極特征的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

五、發(fā)展趨勢(shì)

IGBT作為電力電子領(lǐng)域非常理想的開(kāi)關(guān)器件，各種新結(jié)構(gòu)、新工藝及新材料技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)著IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展，其功耗不斷降低，工作結(jié)溫不斷升高，從125℃提升到了175℃并向200℃邁進(jìn)，并可以在芯片上集成體二極管，形成逆導(dǎo)IGBT(RC-IGBT/BIGT)，無(wú)需再反并聯(lián)續(xù)流二極管，在相同的封裝尺寸下，可將模塊電流提高30%，還可以將電流及溫度傳感器集成到芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)芯片智能化。

IGBT芯片內(nèi)部集成傳感器通過(guò)對(duì)IGBT芯片的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離處理，可以形成具有雙向阻斷能力的IGBT(RB-IGBT),在雙向開(kāi)關(guān)應(yīng)用中無(wú)需再串聯(lián)二極管，并具有更小的漏電流及更低的損耗。

與此同時(shí)，IGBT的工藝水平也在不斷提升，許多先進(jìn)工藝技術(shù)，如離子注入、精細(xì)光刻等被應(yīng)用到IGBT制造上。IGBT芯片制造過(guò)程中的最小特征尺寸已由5um，到3um，到1um，甚至達(dá)到亞微米的水平。采用精細(xì)制造工藝可以大幅提高功率密度，同時(shí)可以降低結(jié)深，減小高溫?cái)U(kuò)散工藝，從而使采用12英寸甚至更大尺寸的硅片來(lái)制造IGBT成為可能。隨著薄片與超薄片加工工藝的發(fā)展，英飛凌在8英寸硅片上制造了厚度只有40um的芯片樣品，不久的未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化應(yīng)用。

此外，新材料如寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)更低功耗、更大功率容量、更高工作溫度的器件，其中SiC成為目前的大功率半導(dǎo)體的主要研究方向，并在單極器件上實(shí)現(xiàn)商品化，在IGBT等雙極器件的研究上也不斷取得進(jìn)展。目前IGBT主要受制造工藝及襯底材料的缺陷限制，例如溝道遷移率及可靠性、電流增益較小及高摻雜P型襯底生長(zhǎng)等問(wèn)題，未來(lái)隨著材料外延技術(shù)的發(fā)展，SiC IGBT將會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)

電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)

物理系 自動(dòng)化二班

對(duì)于工科大學(xué)生，在大學(xué)里我們應(yīng)在生活學(xué)習(xí)中參加科學(xué)研究實(shí)踐，學(xué)會(huì)進(jìn)行科學(xué)研究的方法，為今后參加科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)尤為重要。拿我個(gè)人來(lái)說(shuō)，通過(guò)半年對(duì)電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，在老師的循循善誘，諄諄教導(dǎo)下，通過(guò)循序漸進(jìn)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和操作訓(xùn)練，對(duì)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)和思想有了冰山之一角的認(rèn)識(shí)，自己從中受益匪淺。

首先，實(shí)驗(yàn)課給我提供了手腦并用的良好機(jī)會(huì)，對(duì)培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)作風(fēng)也有特殊的功能，每次做實(shí)驗(yàn)前，都會(huì)提前讀實(shí)驗(yàn)教材講義和相關(guān)參考資料，完成預(yù)習(xí)報(bào)告，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，經(jīng)過(guò)一年半的學(xué)習(xí)，明顯覺(jué)得自己的自學(xué)能力大大提高了。其次，在實(shí)驗(yàn)教材和老師的提示下，獨(dú)立地對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，正確觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)自己的動(dòng)手能力也提高了。同時(shí)，每次都會(huì)列出實(shí)驗(yàn)表格，記錄和處理數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)曲線，運(yùn)用課本上的理論對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，明顯感覺(jué)到自己的分析判斷能力和表達(dá)能力得到充分的鍛煉。

通過(guò)這個(gè)學(xué)期的電力電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，我覺(jué)的作為一名工科類的學(xué)生，我深知自己的實(shí)踐能力仍十分欠缺，需要不斷的提高，而實(shí)驗(yàn)正是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)能夠鍛煉我的動(dòng)手能力和思維創(chuàng)新能力，在學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)的同時(shí)我也學(xué)到了很多其他課程上沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)。這樣的學(xué)習(xí)方法使得我們可以更深入的理解實(shí)驗(yàn)的原理，也同時(shí)拓寬了我們的思維創(chuàng)新能力。隨著實(shí)驗(yàn)的水平的提高，對(duì)我們的要求也會(huì)越來(lái)越高，這更能夠促使我們進(jìn)步。希望以后我們會(huì)有比較開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)，這樣可以充分調(diào)動(dòng)我們的動(dòng)手能力，提高我們的實(shí)踐水平。我想，大學(xué)的實(shí)驗(yàn)并不重在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量的準(zhǔn)確性上，而是在與在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的思考問(wèn)題的能力，以及將其付諸實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力，所以我期待著新的實(shí)驗(yàn)，期待著自己不斷的進(jìn)步。親自做過(guò)實(shí)驗(yàn)后讓我更明白從事科學(xué)研究必須要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，研究工作要一絲不茍，實(shí)事求是，科學(xué)實(shí)驗(yàn)常常要做大量的重復(fù)工作。

在現(xiàn)階段，我們所接觸的實(shí)驗(yàn)還處在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和提高部分，這些是以后創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，作為初學(xué)者的大學(xué)生，在試驗(yàn)中一定要培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識(shí)。總之，我覺(jué)得我從電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)這門(mén)課中學(xué)到許多。最后我感謝給我?guī)椭睦蠋熀屯M實(shí)驗(yàn)同學(xué)。

第五篇：電力電子技術(shù)報(bào)告

電力電子技術(shù)調(diào)查報(bào)告電力電子技術(shù)是一門(mén)新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。

電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支。

電力電子及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開(kāi)關(guān)電源,僅國(guó)內(nèi)有20多億人民幣的市場(chǎng)需求,吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。還有其它許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。電力電子技術(shù)現(xiàn)階段在各方面的應(yīng)用都非常的廣泛！

高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源), 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過(guò)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

國(guó)際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于90年代初期開(kāi)始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題成為最關(guān)鍵的問(wèn)題,也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開(kāi)始,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開(kāi)關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開(kāi)。自八十年代后期開(kāi)始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。