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电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件;是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换与控制的电子器件。
功率器件几乎用于所有的电子制造业,包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设;网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备;消费电子领域的传统黑白家电和各种数码产品;工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等。
除了保证这些设备的正常运行以外,功率器件还能起到有效的节能作用。由于电子产品的需求以及能效要求的不断提高,中国功率器件市场一直保持较快的发展速度。
国家统计局数据显示,2010年中国功率器件行业共有规模以上企业498家,全行业实现销售收入1015.11亿元,同比增长6.86%;实现利润总额85.27亿元,同比增长47.54%。从企业经济类型来看,三资企业数量最多,其企业数量占行业数量的47.19%。从企业数量、销售收入以及资产规模来看,江苏、广东和浙江等省所占的份额居多。
按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类:
1.半控型器件,例如晶闸管;
2.全控型器件,例如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管),MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管);
3.不可控器件,例如电力二极管;
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类:
1.电压驱动型器件,例如IGBT、MOSFET、SITH(静电感应晶闸管);
2.电流驱动型器件,例如晶闸管、GTO、GTR;
根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类:
1.脉冲触发型,例如晶闸管、GTO;
2.电子控制型,例如GTR、MOSFET、IGBT;
按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类:
1.双极型器件,例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR;
2.单极型器件,例如MOSFET、SIT;
3.复合型器件,例如MCT(MOS控制晶闸管)和IGBT;
1 开关器件,在switch的过程中的损耗,recovery什么的 2 开关器件在导通时的损耗 (器件具体损耗要看手册并且根据提供者给出的软件仿真测试)...
【1】按能被控制电路信号控制的程度可以分为: 半控型器件:就是通过控制信号可以控制其导通担不可控制其关断的电力电子器件 例如晶闸管 全控型器件:就是通过控制信号既可以控制器导通...
秋学期我们也有这门课,但我没选这门课,所以没办法提出具体建议,下面这是我们学校这门课的教学大纲,你参考一下,希望有帮助!课程编号:1011022 课程名称:电力电子技...
电力二极管:结构和原理简单,工作可靠;
晶闸管:承受电压和电流容量在所有器件中最高
IGBT:开关速度高,开关损耗小,具有耐脉冲电流冲击的能力,通态压降较低,输入阻抗高,为电压驱动,驱动功率小;缺点:开关速度低于电力MOSFET,电压,电流容量不及GTO
GTR:耐压高,电流大,开关特性好,通流能力强,饱和压降低;缺点:开关速度低,为电流驱动,所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题
GTO:电压、电流容量大,适用于大功率场合,具有电导调制效应,其通流能力很强;缺点:电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低
MOSFET:开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小且驱动电路简单,工作频率高,不存在二次击穿问题;缺点:电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
制约因素:耐压,电流容量,开关的速度。
电力电子器件正沿着大功率化、高频化、集成化的方向发展。80年代晶闸管的电流容量已达6000安,阻断电压高达6500伏。但这类器件工作频率较低。提高其工作频率,取决于器件关断期间如何加快基区少数载流子(简称少子)的复合速度和经门极抽取更多的载流子。降低少子寿命虽能有效地缩短关断电流的过程,却导致器件导通期正向压降的增加。因此必须兼顾转换速度和器件通态功率损耗的要求。80年代这类器件的最高工作频率在 10千赫以下。双极型大功率晶体管可以在100千赫频率下工作,其控制电流容量已达数百安,阻断电压1千多伏,但维持通态比其他功率可控器件需要更大的基极驱动电流。由于存在热激发二次击穿现象,限制它的抗浪涌能力。进一步提高其工作频率仍然受到基区和集电区少子储存效应的影响。70年代中期发展起来的单极型MOS功率场效应晶体管, 由于不受少子储存效应的限制,能够在兆赫以上的频率下工作。这种器件的导通电流具有负温度特性,不易出现热激发二次击穿现象;需要扩大电流容量时,器件并联简单,且具有较好的线性输出特性和较小的驱动功率;在制造工艺上便于大规模集成。但它的通态压降较大,制造时对材料和器件工艺的一致性要求较高。到80 年代中、后期电流容量仅达数十安,阻断电压近千伏。
从60年代到70年代初期,以半控型普通晶闸管为代表的电力电子器件,主要用于相控电路。这些电路十分广泛地用在电解、电镀、直流电机传动、发电机励磁等整流装置中,与传统的汞弧整流装置相比,不仅体积小、工作可靠,而且取得了十分明显的节能效果(一般可节电10~40%,从中国的实际看,因风机和泵类负载约占全国用电量的1/3,若采用交流电动机调速传动, 可平均节电20%以上,每年可节电400亿千瓦时),因此电力电子技术的发展也越来越受到人们的重视。70年代中期出现的全控型可关断晶闸管和功率晶体管,开关速度快,控制简单,逆导可关断晶闸管更兼容了可关断晶闸管和快速整流二极管的功能。它们把电力电子技术的应用推进到了以逆变、斩波为中心内容的新领域。这些器件已普遍应用于变频调速、开关电源、静止变频等电力电子装置中。
80年代初期出现的 MOS功率场效应晶体管和功率集成电路的工作频率达到兆赫级。集成电路的技术促进了器件的小型化和功能化。这些新成就为发展高频电力电子技术提供了条件,推动电力电子装置朝着智能化、高频化的方向发展。
80年代发展起来的静电感应晶闸管、隔离栅晶体管,以及各种组合器件,综合了晶闸管、 MOS功率场效应晶体管和功率晶体管各自的优点,在性能上又有新的发展。例如隔离栅晶体管,既具有MOS功率场效应晶体管的栅控特性,又具有双极型功率晶体管的电流传导性能,它容许的电流密度比双极型功率晶体管高几倍。静电感应晶闸管保存了晶闸管导通压降低的优点,结构上避免了一般晶闸管在门极触发时必须在门极周围先导通然后逐步横向扩展的过程,所以比一般晶闸管有更高的开关速度,而且容许的结温升也比普通晶闸管高。这些新器件,在更高的频率范围内满足了电力电子技术的要求。
功率集成电路指在一个芯片上把多个器件及其控制电路集合在一起。其制造工艺既概括了第一代功率电子器件向大电流、高电压发展过程中所积累起来的各种经验,又综合了大规模集成电路的工艺特点。这种器件由于很大程度地缩小了器件及其控制电路的体积,因而能够有效地减少当器件处于高频工作状态时寄生参数的影响,这对提高电路工作频率和抑制外界干扰十分重要。
2014年,美国奥巴马政府连同企业一道投资1.4亿美元在NCSU成立The Next Generation Power Electronics Institute,发展新一代宽禁带电力半导体器件。
电力电子器件的运用分析
在通俗概念中认为中国在科技技术方面发展较晚,而根据现阶段的研究发现,自从改革开放始,在进入21世纪之前,中国在科技技术相关领域已经有了很大进展,基本上可以与世界同步;加入WTO以后中国在电力电子方面的发展速度更快、原创性的产品也在不断出现,当前电力工业之所以能够领先于世界也是这种快速发展与不断创新产生的直接结果。以下选取电力电器件作为主题,先说明电力电子器件的基本类型、性能,再通过对其中的驱动电路设计、器件保护等方面对它的运用加以讨论。
电力电子器件发展论文
引 言 电力电子技术包括功率半导体器件与 IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面 , 其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础 ,也是电力电子技术发展的“龙头” 。从 年 美国通用电气 公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始 ,电能的变换和控制从旋转 的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代 ,这标志着电力电子 技术的诞生。到了 70 年代 ,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时 , 非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世 ,广泛应 用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点 ,其研 制及应用得到了飞速发展。由于普通晶闸管不能自关断 ,属于半控型器件 ,因而被称作第一代 电力电子器件。 在实际需要的推动下 ,随着理论研究和工艺水平的不断提高 ,电力电子器件在 容量和类型等方面
前言
绪论
一、电力电子器件的概念和特征
二、电力电子器件的分类
三、电力电子器件的发展历程
四、电力电子器件的应用
第一章电力电子器件
第一节不可控器件——功率二极管
一、工作原理
二、功率二极管的伏安特性
三、功率二极管的主要参数和选用
四、功率二极管的主要类型
第二节半控型器件——晶闸管
一、晶闸管的结构和工作原理
二、晶闸管的伏安特性
三、晶闸管的主要参数和选用
四、晶闸管的派生器件
五、晶闸管的命名和简单测试
实验晶闸管的简易测试及导通关断条件
第三节全控型器件
一、GTO晶闸管
二、GTR
三、功率MOSFET
四、IGBT
五、其他新型电力电子器件
实验一GTR和功率MOSFET的简易测试
实验二全控型器件特性实验
第四节电力电子器件的保护
一、过电流保护
二、过电压保护
三、缓冲电路
四、散热
复习思考题
第二章电力电子器件的驱动
第一节晶闸管触发电路
一、晶闸管触发电路概述
二、简易触发电路
三、单结晶体管触发电路
四、锯齿波同步移相触发电路
五、集成触发器
实验一简易触发电路
实验二单结晶体管触发电路
实验三锯齿波同步移相触发电路
实验四西门子TCA785触发电路
第二节全控型器件的驱动电路
一、GT0晶闸管门极驱动电路
二、GTR基极驱动电路
三、功率MOSFET栅极驱动电路
四、IGBT栅极驱动电路
实验一GTO晶闸管驱动与保护电路
实验二功率MOSFET驱动电路
实验三IGBT驱动电路
复习思考题
第三章整流电路
第一节单相可控整流电路
一、单相半波可控整流电路
二、单相桥式全控整流电路
三、单相桥式半控整流电路
实验一单相桥式半控整流电路
实验二单相桥式全控整流电路
第二节三相可控整流电路
一、三相半波可控整流电路
二、三相桥式全控整流电路
实验三相桥式全控整流电路
第三节整流器件的选择
一、整流器件额定电压的确定
二、晶闸管额定电流的确定
复习思考题
第四章交流电力电子开关与交流调压电路
第一节交流电力电子开关电路
一、晶闸管交流开关的基本形式
二、固态开关
第二节单相交流调压电路及调功电路
一、单相交流调压电路的工作原理
二、几种交流调压的触发电路
三、交流调功电路
实验一单结晶体管触发的单相交流调压电路
实验二单相交流调功电路
实验三Kc06触发的单相交流调压电路
第三节三相交流调压电路
一、三相交流调压电路
二、三相交流调压电路应用实例
复习思考题
第五章直流电压变换电路
第一节直流电压变换电路的基本工作原理及分类
一、直流电压变换电路的基本工作原理
二、直流电压变换电路的分类
第二节直流电压变换电路
一、基本直流电压变换电路
二、复合直流电压变换电路
第三节直流电压变换电路的PwM控制
一、PwM控制器集成芯片sG3525简介
二、sG3525的工作原理
第四节直流电压变换电路的应用
一、直流电压变换电路在数控机床上的应用
二、开关电源
实验直流电压变换电路
复习思考题
第六章逆变与变频电路
第一节逆变与变频
一、有源逆变
二、逆变电路的基本工作原理
三、电压型逆变电路
四、电流型逆变电路
五、变频电路
实验IGBT单相并联逆变电路
第二节PwM型变频电路
一、PwM型变频电路概述
二、单相PwM型变频电路
实验单相交-直-交变频电路
复习思考题
参考文献
……
按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类:
1.半控型器件,例如晶闸管;
2.全控型器件,例如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管),MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管);
3.不可控器件,例如电力二极管;
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类:
1.电压驱动型器件,例如IGBT、MOSFET、SITH(静电感应晶闸管);
2.电流驱动型器件,例如晶闸管、GTO、GTR;
根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类:
1.脉冲触发型,例如晶闸管、GTO;
2.电子控制型,例如GTR、MOSFET、IGBT;
按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类:
1.双极型器件,例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR;
2.单极型器件,例如MOSFET、SIT;
3.复合型器件,例如MCT(MOS控制晶闸管)和IGBT;
同型号的电力电子器件串联时,总希望各元件能承受同样的正、反向电压;并联时,则希望各元件能分担同样的电流。但由于电力电子器件特性的个异性(即分散性),即使相同型号规格的电力电子器件,其静态和动态伏安特性亦不相同,所以串、并联时,各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。串联时,承受电压最高的电力电子器件最易击穿。一旦击穿损坏,它原来所承担的电压又加到其他器件上,可能造成其他元件的过压损坏。并联时,承受电流最大的电力电子器件最易过流,一旦损坏后,它原来所承担的电流又加到其他元件上,可能造成其他元件的过流损坏。所以,在电力电子器件串并联时,应着重考虑串联时器件之间的均压问题和并联时器件之间的均流问题。