文档视界 最新最全的文档下载
当前位置:文档视界 › 电力电子器件的发展

电力电子器件的发展

电力电子器件的发展
电力电子器件的发展

电力电子器件的发展浅析

引言

电子技术被认为是现代科技发展的主力军,电力电子就是电力电子学,又称功率电子学,是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科,主要研究电力的处理和变换,服务于电能的产生、输送、变换和控制。(电力电子的发展动向)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”。

电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件,用于电能变换和电能控创电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 1 电力电子器件

1.1概述

1957年可控硅(晶闸管)的问世,为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步,电力电子开始登上现代电气传动技术舞台,这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词,进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品,普通晶闸管由于其不能自关断的特点,属于半控型器件,被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高,以门极可关断晶闸管(GTO )、电力双极性晶体管(BJT )和电力场效应晶体管(Power-MOSFET )为代表的全控型器件迅速发展,被称作第二代电力电子器件。80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT )为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起,而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展,这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。

1.2发展

1.2.1 整流管

整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前,人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用,研制出集PIN 整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS 、SPEED 和SSD 等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右,反向恢复时间为PIN 整流管的1/2,反向恢复峰值电流为PIN 整流管的1/3。

1.2.2 晶闸管

自1957年美国通用电气公司GE 研制出第一个晶闸管开始,其结构的改进和工艺的改革,为新器件开发研制奠定了基础,其后派生出各种系列产品。1964年,GE 公司成功开发双向晶闸管,将其应用于调光和马达控制;1965年,小功率光触发晶闸管问世,为其后出现的光耦合器打下了基础;60年代后期,出现了大功率逆变晶闸管,成为当时逆变电路的基本元件;逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。

晶闸管只能由门极控制导通,导通后门极便失去控制作用,因此称之为半控型器件,普通晶闸管(Thysister)是目前阻断电压最高、流过电流最大、承受/d v d t 、/di dt 能力最强的

电力电子器件,现在已能生产8kV/4kA 和6kV/6kA 的晶闸管。但由于PN 结的载流子积蓄效应,开关频率只能在500Hz 以下。

1.2.3 门极可关断晶闸管(GTO )

GTO 可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级,工作频率也可扩展到1kHz 。1964年,美国第一次试制成功了0.5kV/10A 的GTO 。自70年代中期开始,GTO 的研制取得突破,相继出世了1300V/600A 、25OOV/I000A 、4500V/2400A 的产品,目前已达到9kV/25kA/0.8kHz 及6 kV/6kA/1kHz 的水平。GTO 包括对称、非对称和逆导三种类型。非对称GTO 相对于对称GTO ,具有通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力(3000v 以上)的特点。逆导型GTO ,由于是在同一芯片上将GTO 与整流二极管反并联制成的集成器件,因此不能承受反向电压,主要用于中等容量的牵引驱动中。

在当前各种自关断器件中,GTO 容量最大,工作频率最低, 通态压降大、

/d v d t 及/di dt 耐量低,需要庞大的吸收电路。但其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势,因此它在中高压领域中必将占有一席之地。

1.2.4 大功率晶体管(GTR)

GTR 是一种电流控制的双极双结电力电子器件,20世纪70年代中期,双极性晶体管(BJT)扩展到高功率领域,产生大功率晶体管(GTR),它由基极(B)电流b i 的正、负控制集电极(C)

和发射极(E)的通、断,也属全控型器件。由于能承受上千伏电压,具有大的电流密度和低的通态压降,曾经风靡一时,在20世纪七八十年代成为逆交器、变频器等电力电子装置的主导功率开关器件,开关频率可达5kHz 。但是GTR 存在许多不足:①对驱动电流波形有一定要求,驱动电路较复杂;②存在局部热点引起的二次击穿现象,安全工作区(SOA)小;③通态损耗和关断时存储时间(s t )存在矛盾,要前者小必须工作于深饱和,而如深饱和,s t 便长,既影响开关频率,又增加关断损耗大;④承受/d v d t 及/di dt 能力低;⑤单管电流放大倍数小,为增加放大倍数,联成达林顿电路又使管压降增加等等,而为改善性能(抑制/d v d t 及/di dt ,改变感性负载时的动态负载线使在SOA 内,减小动态损耗),运用时必须加缓冲电路。目前的器件水平约为:1800V/800A ,2kHz ;1400V/600A ,2kHz ;600V/3A ,100kHz 。

1.2.5 功率MOSFET

功率MOSFET 是一种电压控制型单极晶体管,它是通过栅极电压来控制漏极电流的,因而它的一个显著特点是驱动电路简单、驱动功率小;仅由多数载流子导电,无少子存储效应,高频特性好,工作频率高达100kHz 以上,为所有电力电子器件中频率之最,因而最适合应用于开关电源、高频感应加热等高频场合;没有二次击穿问题,安全工作区广,耐破坏性强。功率MOSFET 的缺点是电流容量小、耐压低、通态压降大,不适宜运用于大功率装置。顺便强调一下,由于MOSFET 管内阻与电压成比例,它在要求低压(3.3~1V)电源的电脑和通信等领域则可大显身手,目前MOSFET 的导通电阻可减小至6~10m ,主要用于高频开关电源的同步电流。

1.2.6 绝缘栅双极晶体管(IGBT)

20世纪80年代绝缘栅双极晶体管是一种复合型器件,综合了少子器件(G T O 、G T R)和多子器件(MOSFET)各自的优良特性,既有输入阻抗高,开关速度快,驱动电路简单的优点,又有输出电流密度大,通态压降下,电压耐量高的长处。

IGBT 可视为双极型大功率晶体管与功率场效应晶体管的复合。通过施加正向门极电压形成沟道、提供晶体管基极电流使IGBT 导通;反之,若提供反向门极电压则可消除沟道、

使IGBT因流过反向门极电流而关断。IGBT集GTR通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身,因此备受人们青睐。它的研制成功为提高电力电子装置的性能,特别是为逆变器的小型化、高效化、低噪化提供了有利条件。比较而言,IGBT的开关速度低于功率MOSFET,却明显高于GTR;IGBT的通态压降同GTR相近,但比功率MOSFET低得多;IGBT的电流、电压等级与GTR 接近,而比功率MOSFET高。由于IGBT具有上述特点,在中等功率容量(600V以上)的UPS、开关电源及交流电机控制用PWM逆变器中,IGBT已逐步替代GTR成为核心元件。

IGBT早已做到1800V/800A,10kHz;1200V/600A,20kHz的商品化,600V/100A的硬开关工作频率可达150kHz。高压IGBT已有3300V/1200A和4500V/900A的器件。由于IGBT的综合优良性能,事实上已取代了GTR,现在成为中、小功率逆变器、变频器等成为了电力电子装置的主流器件。目前,已经研制出的高功率沟槽栅结构IGBT(Trench IGBT)模块是高耐压大电流IGBT通常采用的结构,它避免了大电流IGBT模块内部大量的电极引线,提高了可靠性和减少了引线电感.其缺点是芯片面积利用率下降.所以这种平板结构的高压大电流IGBT模块将在高压、大功率变流器中获得广泛应用。

2 应用与展望

电力电子应用领域十分广泛,用电领域中的电力电子技术有电动机的优化运行、高能量密度的电源应用;信息领域中电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统,日益成为信息产品中不可缺少的一部分;发电领域中的电力电子技术有发电机的直流励磁、水轮发电机的变频励磁、环保型能源发电;储能领域中的电力电子技术有蓄电池与电容器组储能、抽水储能发电、超导线圈的磁场储能;输电领域中的电力电子技术有动态无功功率补偿(SVC)技术、高压直流输电(HVDCT)技术、消除谐波改善电网供电品质等。近年来,电力电子的环境及产业都有了很大的变化。整体而言,电力电子技术的发展在许多应用领域上获得了认同。

然而,任何器件的发展,总是决定于两个因数,一是应用的需要,一是器件本身在理论上和工艺上的突破。电力电子器件的发展也是这样,它大致有如下几个方面:

一、现有器件扩大容量提高性能。例如GTO,采用大直径均匀技术和全压接式结构,通过电子寿命控制,折衷通态电压和关断损耗二者之间矛盾,可望开发出12kV/10kA的器件。例如IGBT,探索内部功率引线尽量由超声压焊或改压接式结构,以进一步提高工作可靠性。

二、开发新的器件。一是根据器件本身的特点提出。例如MOS门控晶闸管(MCT),虽经十几年的研制,由于结构、工艺复杂,合格率低,成本高,没有达到期望的4.5kV/2kA的水平而暂被搁置,但有望具有MOS管优良的开关特性和晶闸管非常低的通态压降,并易于得到高的耐压,仍可能继续研制。二是为了满足一些新的应用需要。例如为适用于传递极强的峰值功率(数兆瓦)、极短的持续时间(数百纳秒)的放电闭合开关应用场合,如激光器、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器需要,提出一种脉冲功率闭合开关晶闸管(PPCST),它能在数千伏的高压下快速开通,不需要放电电极,具有很长的使用寿命,体积小,价格较低,可望取代目前尚在应用的高压离子闸流管、引燃管,火花间隙开关或真空开关等。

三、走集成化之路。经历标准模块、智能模块,现在又发展到用户专用功率模块(ASPM)阶段。ASPM是把一台(套)电力电子装置(系统)的所有硬件尽量以芯片形式封装在一个模块内。这样,装置(或系统)的体积达到最小,所有引线减至最少,寄生电感、电容降到最低,可靠性大为提高。它将有助于实现电能变换和信息处理的集成化和高频化。

四、寻找新材料。至今,许多实用的电力电子器件均是由硅材料制成的,它们已发展得

相当成熟。为了进一步实现对理想功率器件特性的追求,人们逐渐转向对新型半导体材料制作新型半导体功率器件的探求,近年来还出现了很多性能优良的新型化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)及锗化硅(SiGe)等。由它们作为基础材料制成的电力电子器件正不断涌现。

3 结束语

电力电子器件作为电力电子技术发展的主导器件,是电力电子技术的发展的决定性因素,必将推动电力电子技术的飞速发展,电力电子器件的发展将会日新月异,电力电子器件的未来将充满生机口。

参考文献

[1]高艳青.电力电子器件发展与展望[J].电脑与电信,2007,(10):15-17

[2]冷增祥.电力电子器件[J].电气时代,2003,(08):34-37

[3]耿文学.电力电子的发展动向[J].电气时代,2004,(01):26-27

[4]蒋超,陈海民.电力电子器件发展概况及应用现状[J].世界电子元器件,2004,(04):74-76

[5]邓爱喜.电力电子器件的发展与应用[J].科技经济市场,2008,(05):22-23

[6] Ronsisvalle, C. Enea, V. Abbate, et al. Perspective Performances of MOS-Gated GTO in High-Power Applications[J].Electron Devices IEEE Transactions on, 2010,57(9):2339-2343

[7]Matsumoto, S. Hiraoka, Y. Ishiyama,et al. Study on the device characteristics of a quasi-SOI power MOSFET fabricated by reversed silicon wafer direct bonding[J]. Electron Devices IEEE Transactions on, 1998,45(9):1940-1945

[8] Castagno, S. Curry, R.D. Loree,et al. Analysis and Comparison of a Fast Turn-On Series IGBT Stack and High-Voltage-Rated Commercial IGBTS[J]. Plasma Science IEEE Transactions on, 2006,34(5):1692-1696

常用电力电子器件特性测试

实验二:常用电力电子器件特性测试 (一)实验目的 (1)掌握几种常用电力电子器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT)的工作特性;(2)掌握各器件的参数设置方法,以及对触发信号的要求。 (二)实验原理 图1.MATLAB电力电子器件模型 MATLAB电力电子器件模型使用的是简化的宏模型,只要求器件的外特性与实际器件特性基本相符。MATLAB电力电子器件模型主要仿真了电力电子器件的开关特性,并且不同电力电子器件模型都具有类似的模型结构。 模型中的电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的门槛电压。串联电感限制了器件开关过程中的电流升降速度,模拟器件导通或关断时的动态过程。MATLAB电力电子器件模型一般都没有考虑器件关断时的漏电流。 在MATLAB电力电子器件模型中已经并联了简单的RC串联缓冲电路,在参数表中设置,名称分别为Rs和Cs。更复杂的缓冲电路则需要另外建立。对于MOSFET模型还反并联了二极管,在使用中要注意,需要设置体内二极管的正向压降Vf和等效电阻Rd。对于GTO和IGBT需要设置电流下降时间Tf和电流拖尾时间Tt。 MATLAB的电力电子器件必须连接在电路中使用,也就是要有电流的回路,

但是器件的驱动仅仅是取决于门极信号的有无,没有电压型和电流型驱动的区别,也不需要形成驱动的回路。尽管模型与实际器件工作有差异,但使MATLAB电力电子器件模型与控制连接的时候很方便。MATLAB的电力电子器件模型中含有电感,因此具有电流源的性质,所以在模块参数中还包含了IC即初始电流项。此外也不能开路工作。 含电力电子模型的电路或系统仿真时,仿真算法一般采用刚性积分算法,如ode23tb、ode15s。电力电子器件的模块上,一般都带有一个测量输出端口,通过输出端m可以观测器件的电压和电流。本实验将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端,给器件提供触发信号,使器件触发导通。 (三)实验内容 (1)在MATLAB/Simulink中构建仿真电路,设置相关参数。 (2)改变器件和触发脉冲的参数设置,观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 (四)实验过程与结果分析 1.仿真系统 Matlab平台 2.仿真参数 (1)Thyristor参数设置: 直流源和电阻参数:

电力电子器件产业发展蓝皮书

电力电子器件产业发展蓝皮书(2016-2020年) 中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟 中国IGBT技术创新与产业联盟 中国电器工业协会电力电子分会 北京电力电子学会 二零一七年

目录 一、发展电力电子器件产业的重要意义 (1) (一)电力电子技术的基本涵义 (1) (二)电力电子技术的重大作用 (1) (三)电力电子器件是电力电子技术的基础和核心 (3) (四)电力电子器件简介 (4) 二、电力电子器件产业发展状况及趋势 (9) (一)国际发展状况 (9) (二)国内发展状况 (12) 三、电力电子器件的市场分析及预测 (15) (一)国际市场分析 (15) (二)国内市场分析 (16) (三)市场预测 (17) 四、2016-2020年电力电子发展重点 (20) (一)关键材料 (22) (二)关键电力电子器件 (23) (三)关键设备 (25) (四)技术标准 (27) 五、展望 (29)

一、发展电力电子器件产业的重要意义 (一)电力电子技术的基本涵义 电力电子技术(Power Electronics,又称功率电子技术)是能源高效转换领域的核心技术,它以电力电子器件为基础,实现对电能高效地产生、传输、转换、存储和控制,提高能源利用效率、开发可再生能源,推动国民经济的可持续发展。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统控制三个方面,其转换功率范围小到数瓦(W),大到数百兆瓦(MW)甚至吉瓦(GW),其产业不仅涉及到电力电子器件、电力电子装置、系统控制及其在各个行业的应用等领域,还涉及到相关的半导体材料、电工材料、关键结构件、散热装置、生产设备、检测设备等产业。 (二)电力电子技术的重大作用 近年来,“节能减排”、“开发绿色新能源”已成为我国长期发展的基本国策。在我国绿色能源产业发展的推动下,电

大功率电力电子器件的新进展

大功率电力电子器件前沿技术分析 贾海叶山西吕梁供电 摘要:本文对大功率电力电子器件技术进行了简述,阐述了大功率电力电子器件发展热点,并对其前沿技术和未来的发展方向进行了分析。 关键词:大功率、电子电力器件,前沿技术 1 引言 随着半导体制造工艺的进步和对电力电子设备容量增大的需求,对电力电子器件的性能和功率要求也越来越高,由此产生了耐高压、大功率的电力电子器件。近来,伴随着器件的大功率化,新的HVIGBT(HighVoltage Insulated Gate BipolarTran-sistor Module)高压绝缘栅双极型半导体模块、HVIPM(High Voltage Intelligent Power Module)高压智能电力模块的MOS型电力电子器件的开发、GCT(Gate Commutated Turn-off Thyristor)闸门换相关断可控硅器件的开发,都有了较大的进展。以新一代器件问世为标志,必然在电力电子设备的开发方面,向着小型化、高效率化、高速控制化的目标飞跃前进。 1.1 大功率电力电子器件的分类 大功率电力电子器件主要分为:二极管、可控硅、光触发可控硅、GTO(Gate Turn-off Thyristor)闸门关断可控硅、GCT、HVIGBT及HVIPM器件。 从1960年开发初期的1英寸硅片开始至今,发展到直径为6英

寸硅片的耐高压、大功率电力电子器件系列化产品,其容量和当初相比,提高了100多倍。而且在使用上减少了串联或并联元件的数量,提高了可靠性,减小了设备的体积。 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,大功率电力电子器件分为: 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.单极型器件,例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR; 2.双极型器件,例如MOSFET、IGBT;

电力电子技术实验报告

实验一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 一、实验目的 (1)掌握各种电力电子器件的工作特性。 (2)掌握各器件对触发信号的要求。 二、实验所需挂件及附件 序 型号备注 号 1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK06 给定及实验器件该挂件包含“二极管”等几个模块。 3DJK07 新器件特性实验 DJK09 单相调压与可调负 4 载 5万用表自备 将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载电阻R 串联后接至直流电源的两端,由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号,给定电压从零开始调节,直至器件触发导通,从而可测得在上述过程中器件的V/A特性;图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负载,将两个90Ω的电阻接成串联形式,最大可通过电流为1.3A;直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得,五种电力电子器件均在DJK07挂箱上;直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器,然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路,从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。 实验线路的具体接线如下图所示: 四、实验内容 (1)晶闸管(SCR)特性实验。

(3)功率场效应管(MOSFET)特性实验。

(5)绝缘双极性晶体管(IGBT)特性实验。 五、实验方法 (1)按图3-26接线,首先将晶闸管(SCR)接入主电路,在实验开始时,将DJK06上的给定电位器RP1沿逆时针旋到底,S1拨到“正给定”侧,S2拨到“给定”侧,单相调压器逆时针调到底,DJK09上的可调电阻调到阻值为最大的位置;打开DJK06的电源开关,按下控制屏上的“启动”按钮,然后缓慢调节调压器,同时监视电压表的读数,当直流电压升到40V时,停止调节单相调压器(在以后的其他实验中,均不用调节);调节给定电位器RP1,逐步增加给定电压,监视电压表、电流表的读数,当电压表指示接近零(表示管子完全导通),停止调节,记录给定电压U

电力电子器件的最新发展趋势

电力电子器件的最新发展趋势 现代的电力电子技术无论对改造传统工业(电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等),还是对新建高技术产业(航天、激光、通信、机器人等)至关重要,从而已迅速发展成为一门独立学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门,毫无疑问,它将成为本世纪乃至下世纪重要关键技术之一。近几年西方发达的国家,尽管总体经济的增长速度较慢,电力电子技术仍一直保持着每年百分之十几的高速增长。 从历史上看,每一代新型电力电子器件的出现,总是带来一场电力电子技术的革命。以功率器件为核心的现代电力电子装置,在整台装置中通常不超过总价值的20%~30%,但是,它对提高装置的各项技术指标和技术性能,却起着十分重要的作用。 众所周知,一个理想的功率器件,应当具有下列理想的静态和动态特性:在截止状态时能承受高电压;在导通状态时,具有大电流和很低的压降;在开关转换时,具有短的开、关时间,能承受高的di/dt和dv/dt,以及具有全控功能。 自从50年代,硅晶闸管问世以后,20多年来,功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标做出了不懈的努力,并已取得了使世人瞩目的成就。60年代后期,可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能,并使斩波工作频率扩展到1kHz以上。70年代中期,高功率晶体管和功率MOSFET问世,功率器件实现了场控功能,打开了高频应用的大门。80年代,绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT) 问世,它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。它的迅速发展,又激励了人们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件- MOSFET门控晶闸管的研究。因此,当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的性能改进、MOS门控晶闸管以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。下面就近几年来上述功率器件的最新发展加以综述。 一、功率晶闸管的最新发展 1.超大功率晶闸管 晶闸管(SCR)自问世以来,其功率容量提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产8kV / 4kA的晶闸管。日本现在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十几年来,由于自关断器件的飞速发展,晶闸管的应用领域有所缩小,但是,由于它的高电压、大电流特性,它在HVDC、静止无功补偿(SVC)、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有十分重要的地位。预计在今后若干年内,晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。 现在,许多生产商可提供额定开关功率36MVA ( 6kV/ 6kA )用的高压大电流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3~5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必须限制在500~1kV/μs。为此,人们不得不使用体积大、昂贵的吸收电路。另外它的门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是,高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管,这些突出的优点仍使人们对GTO感到兴趣。到目前为止,在高压(VBR > 3.3kV )、大功率(0.5~20 MVA)牵引、工业和电力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。目前,GTO的最高研究水平为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了满足电力系统对1GVA以上的三相逆变功

碳化硅电子器件发展分析报告

碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多,单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)

在过去的十五到二十年中,碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就,所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件,并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化,在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件,并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步,各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多,具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管(MOSFET)、结型场效应开关管(JFET)、绝缘栅双极开关管(IGBT)三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了,但直到1955年,飞利浦(荷兰)实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年,商业化生产的SiC衬底进入市场,进入21世纪后,SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相(闪锌矿结构)、六方相(纤锌矿结构)和菱方相3大类共260多种结构,目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值,美国科锐(Cree)等公司已经批量生产这类衬底。立方相(3C-SiC)还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性,可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法,它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间,在惰性气体(氩气)环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长,可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法,不容易控制所生长SiC晶体的晶型,且得到的晶体尺寸很小,后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于:采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型,克服了Lely法自发成核生长的缺点,可得到单一晶型的SiC单晶,且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上,占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前,Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外,国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商,年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的,用于LED衬底材料,所以Cree是全球

电力电子技术实验(课程教案)

课程教案 课程名称:电力电子技术实验 任课教师:张振飞 所属院部:电气与信息工程学院 教学班级:电气1501-1504班、自动化1501-1504自动化卓越1501 教学时间:2017-2018学年第一学期 湖南工学院

课程基本信息

1 P 实验一、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 一、本次课主要内容 1、晶闸管(SCR)特性实验。 2、可关断晶闸管(GTO)特性实验(选做)。 3、功率场效应管(MOSFET)特性实验。 4、大功率晶体管(GTR)特性实验(选做)。 5、绝缘双极性晶体管(IGBT)特性实验。 二、教学目的与要求 1、掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。 2、掌握各器件对触发信号的要求。 三、教学重点难点 1、重点是掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。 2、难点是各器件对触发信号的要求。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。 五、作业与习题布置 撰写实验报告

2 P 一、实验目的 1、掌握各种电力电子器件的工作特性。 2、掌握各器件对触发信号的要求。 二、实验所需挂件及附件 三、实验线路及原理 将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载 电阻R串联后接至直流电源的两端,由DJK06上的给定为新器件提供触 发电压信号,给定电压从零开始调节,直至器件触发导通,从而可测得 在上述过程中器件的V/A特性;图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负 载,将两个90Ω的电阻接成串联形式,最大可通过电流为1.3A;直流电 压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得,五种电力电子器件均在DJK07 挂箱上;直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器,然后 调压器输出接DJK09上整流及滤波电路,从而得到一个输出可以由调压 器调节的直流电压源。 实验线路的具体接线如下图所示:

电力电子器件的发展分析

电力电子技术课程论文 电力电子器件的发展分析 摘要:电力电子器件发展至今已有近60年的历史,本文简单介绍了电力电子器件的发展历程,然后对IGCT、IGBT、MCT等新型电力电子器件的发展状况及其优缺点进行了分析,最后, 展望了电力电子器件的未来发展。 关键字:电力电子器件;IGCT;ICBT;MCT; 1、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“机车”。 电力电子器件的发展时间并不长,但是至今已经发展出多个种类的产品,其中最早为人们所应用的是普通晶闸管,普通晶闸管是由美国通用电气公司在1958年时研制并投产的,它为之后的电力电子器件发展奠定了基础,在1964年时,美国公司又成功研制了可关断的GT0;到了二十世纪七十年代,电力电子器件的研究有了又一成果——GTR系列产品,二十世纪八九十年代,以功率M0SFET和IGBT为代表的,集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2、电力电子器件发展史

电力电子器件又称作开关器件,相当于信号电路中的A-D采样,称之为功率采样,器件的工作过程就是能量过渡过程,其可靠性决定了装置和系统的可靠性。根据可控程度以及构造特点等因素可以把电力电子器件分成四类: (1)半控型器件——第一代电力电子器件 2O世纪5O年代,由美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世,标志着电力电子技术的开端。到了2O世纪7O年代,已经派生出了许多半控型器件,这些电力电子器件的功率也越来越大,性能日渐完善,但是由于晶闸管的固有特性,大大限制了它的应用范围。 (2)全控型器件一一第二代电力电子器件 从2O世纪7O年代后期开始,可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。此后,各种高频率的全控型器件不断问世,并得到迅速发展。这些器件主要有:电力场控晶体管(即功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)等,这些器件的产生和发展,已经形成了一个新型的全控电力电子器件的大家族。 (3)复合型器件——第三代电力电子器件 前两代电力电子器件中各种器件都有其本身的特点。近年来,又出现了兼有几种器件优点的复合器件。如:绝缘门极双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它实际上是MOSFET驱动双极型晶体管,兼有M0sFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两者的优点。它容量较大、开关速度快、易驱动,成为一种理想的电力电子器件。 (4)模块化器件——第四代电力电子器件 随着工艺水平的不断提高,可以将许多零散拼装的器件组合在一起并且大规模生产,进而导致第四代电力电子器件的诞生。以功率集成电路PIC(Power Intergrated Circuit)为代表,其不仅把主电路的器件,而且把驱动电路以及具有过压过流保护,甚至温度自动控制等作用的电路都集成在一起,形成一个整体。 3、电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。其中,电力电子模块化是电力电子器件向高功率密度发展的重要一步。下面介绍几种新型电力电子器件: 3.1 IGCT IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件[1]。它是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起,再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接,它是结合了晶体管和晶闸管两种器件的优点,即晶体管的稳定的关断能力和晶闸管的低通态损耗的一种新型器件。IGCT在导通阶段发挥晶闸管的性能,关断阶段呈类似晶体管的特性。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低的特点。此外,IGCT还像GT0一样,具有制造成本低和成品率高的

电力电子器件的发展及应用

电力电子器件的发展及应用 研1506 苏智清 摘要:本文简单介绍了电力技术的分类, 回顾了电力电子技术及其器件的发展过程, 说明了现在主流的电力电子器件的工作原理、应用范围及其优缺点, 探讨了在本世纪中新型电力电子器件的应用。 关键词:复合型电力电子器件;新型材料的电力电子器件;电力电子器件的应用 1引言 电力电子学是电工学的一个分支,是由电力系统、控制理论与电子学等学科共同发展起来的一个新型边缘性学科。电力电子学的主要特点是具有很强的应用性,同时与其他学科有着很好的交叉融合性,这也是电力电子学的基础理论与应用技术能够在短短几十年间飞速发展的一个相当重要的因素。目前,电力电子技术的应用已经从机械、石化、纺织、冶金、电力、铁路、航空、航海等一系列领域,进一步扩展到汽车、现代通信、家用电器、医疗设备、灯光照明等各个领域。进入 21 世纪,伴随着新理论、新器件、新技术的不断涌现,尤其是与微电子技术的日益融合,电力电子技术作为信息产业和传统产业之间的桥梁,在国民经济中必将占有越来越重要的地位,在各领域中的应用也必将不断得到拓展。 2电力电子器件的发展 2.1半控型器件 上世纪50年代,美国通用电气公司发明世界上第个晶闸管,标志电力电子技术的诞生。此后,晶闸管得到了迅速发展,器件容量越来越大,性能得到不断提高,并产生大量派生器件,如快速晶闸管逆导晶闸管等等。

但是,晶闸管作为半控型器件,只能通过门极导通,不能控制关断。要关断必须通过强迫换相电路,从而装置体积增大,复杂程度提高,效率降低。另外,晶闸管为双极型器件,有少子效应,所以工作频率低,由于这些原因,使得晶闸管的应用受到限制。 虽然晶闸管有以上缺点,但由于它的大电压大电流特性,使在高压直流输电静止无功补偿,大功率和高压变频调速等方面仍占有重要位置。2.2全控型器件 2.2.1门极可关断晶闸管(GTO) GTO有对称,非对称和逆导三种类型。对称GTO通态压降小,抗浪涌能力强,易于提高耐压能力。逆导型GTO是在同一芯片上将GTO与整流二极管反并联制成的集成器件,不能承受反向电压,主要用于中等容量的牵引驱动中。 在当前各种自关断器件中,GTO容量做大,工作最低。GTO是电流控制型器件,因而关断需要很大的反向驱动电流。目前,GTO在低于2000V某些领域被GTR和IGBTDE所替代,但在大功率电力牵引有明显优势。 2.2.2大功率晶体管(GTR) GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件,它既具备晶体管的固有特性,又增加功率容量,因此,由它组成的电路灵活,成熟,开关损耗小,开关时间短,在电源电机控制,通用逆变器等中等容量,中等频率的电路中广泛应用。GTR的缺点驱动电流较大,耐浪涌电流能力差,易受二次击穿损坏。在开关电源GTR渐渐被功率MOSFET和IGBT代替。 2.2.3功率MOSFET

电力电子仿真仿真实验报告

目录 实验一:常用电力电子器件特性测试 (3) (一)实验目的: (3) 掌握几种常用电力电子器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT)的工作特性; (3) 掌握各器件的参数设置方法,以及对触发信号的要求。 (3) (二)实验原理 (3) (三)实验内容 (3) (四)实验过程与结果分析 (3) 1.仿真系统 (3) 2.仿真参数 (4) 3.仿真波形与分析 (4) 4.结论 (10) 实验二:可控整流电路 (11) (一)实验目的 (11) (二)实验原理 (11) (三)实验内容 (11) (四)实验过程与结果分析 (12) 1.单相桥式全控整流电路仿真系统,下面先以触发角为0度,负载为纯电阻负载为例 (12) 2.仿真参数 (12) 3.仿真波形与分析 (14) 实验三:交流-交流变换电路 (19) (一)实验目的 (19) (三)实验过程与结果分析 (19) 1)晶闸管单相交流调压电路 (19) 实验四:逆变电路 (26) (一)实验目的 (26)

(二)实验内容 (26) 实验五:单相有源功率校正电路 (38) (一)实验目的 (38) (二)实验内容 (38) 个性化作业: (40) (一)实验目的: (40) (二)实验原理: (40) (三)实验内容 (40) (四)结果分析: (44) (五)实验总结: (45)

实验一:常用电力电子器件特性测试 (一)实验目的: 掌握几种常用电力电子器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT)的工作特性; 掌握各器件的参数设置方法,以及对触发信号的要求。(二)实验原理 将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端,给器件提供触发信号,使器件触发导通。 (三)实验内容 ?在MATLAB/Simulink中构建仿真电路,设置相关参数。 ?改变器件和触发脉冲的参数设置,观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 (四)实验过程与结果分析 1.仿真系统 以GTO为例,搭建仿真系统如下:

电力电子器件的应用及发展现状

电力电子器件的应用及发展现状 发表时间:2019-01-04T10:37:38.900Z 来源:《基层建设》2018年第34期作者:万洪宇[导读] 摘要:随着国内外电力电子技术的快速发展,如今已步入电子科技时代,电力电子器件在社会中的各个行业都得到广泛的应用,并且渗透到各个领域,在各个领域中都发挥着重要的作用。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000摘要:随着国内外电力电子技术的快速发展,如今已步入电子科技时代,电力电子器件在社会中的各个行业都得到广泛的应用,并且渗透到各个领域,在各个领域中都发挥着重要的作用。电力电子器件是电力电子技术的基础部分,同时也是电力电子技术发展的重要条件,电力电子器件的发展是推动和促进电力电子技术发展的重要动力,因此研究电力电子器件的应用和发展状况具有十分重要的意义,本 文简要论述电力电子器件的发展过程,探讨普及使用电力电子器件具备的工作原理、应用领域、优势缺点,探究电力电子器件的应用前景并针对其发展方向探讨有效的建议。 关键词:电力电子器件,工作原理,应用 0简介 国内外科学技术发展的加快,间接促进了电力电子器件的发展,如今国内外各行各业中都已经普及应用电力电子器件,特别是在上世纪80年代以后,电力电子技术发展速度加快更是对全球经济、文化、军事发展形成了极大的影响。一般而言,电力电子技术和信息电子技术构成了电子技术,其中计算机技术和通信技术等构成信息电子技术,信息电子技术主要进行信息存储、处理、传输、控制等等;电力电子技术主要是进行电能方面的处理,在实施的过程中要确保电能安全、稳定、可靠地运行,还要保证信息和能源能够集中运用。此外,随着国内电能需求的增加,应用电力电子技术可以将一次能源转变为电能,是现下解决电力方面问题的有效途径和手段,在应用电力电子技术中需要利用较多的电力电子器件,因此实际应用中要对电力电子器件的应用和发展进行相应的探究。 1 电力电子器件的应用现状 1.1电力整流管的应用 整流管起步于上世纪40年代,是一种结构最简单和使用最普及的电力电子器件,随着相关技术的发展,整流管已经发展为肖特基整流管、普通整流管、快恢复整流管等类别。其中普通整流管具备的特点为:漏电流小、较高的通态压降、反向恢复时间较长、具备很高的电流和电压定额,主要在需要不高转速的装置中应用。快恢复整流管主要具备较快的方向恢复时间和较高的通态压降,主要在逆变、斩波等电力中应用。肖特基整流管具备的特性融合了上述提及两种整流管的特点,但是存在漏电电流较大、缺乏一定的耐压能力等缺点,主要在开关电源和高频低压仪表中应用。电力整流管可以有效地改善电力电子电路的性能,提高电源使用效率,以及降低电路损耗,随着具备高性能电力电子器件的研发成功,现下人们通过运用新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺,研发出综合了肖特基整流管、PIN整流管特性为一体的新型高压快恢复整流管,这种类型的整流管具备很低的通态压降以及极短的反向恢复时间,并且具备较低的反向恢复峰值电流。 1.2晶闸管的应用 作为国内应用最为广泛的电力电子器件,晶闸管由以往的水银整流器和电动发电机构成逐渐演变为新型的晶闸管,传统的晶闸管具备很大的体积,并且具备的功率相对较小。而新型的晶闸管具有功率大,体积小,效率高的诸多优点,因此在众多变流技术中占据着重要的地位。但是由于晶闸管在运行中不能处于低频率工作状态,在实际使用过程中不能采用关断处理,造成了很大的不便和麻烦。在这种背景下,可关断式晶闸管被研发出来,主要被应用于交通电车,在促进交通发展方面发挥着重要的作用。 1.3绝缘栅双极晶体管的应用 在绝缘栅双极晶体管研发应用之前,应用的电力电子器件主要是以可关断晶闸管,但是在发展过程中,可关断晶闸管逐渐不再符合电力系统实际需求。与此同时,在实际应用中,可关断晶闸管在关断处理中需要消耗巨大的能量,这种状况与世界上的环保节能理念有着很大的偏差,同时也造成了不必要的经济损失。随着技术的发展和进步,绝缘栅双极晶体管应运而生,与可关断晶闸管相比,绝缘栅双极集体管具备更高的效益,逐渐在电车研发中代替晶闸管电子器件。 1.4智能功率模块的应用 随着国内外电力电子技术的进一步发展,,绝缘栅双极晶体管在一些场合已经渐渐不能满足电力电子的应用需求,在此基础上,研究人员研发出了具备故障检测并且能对电路进行保护的智能功率模块。和传统功率器件相比,智能功率模块具备电流传感功能、温度传感功能,其中电流传感功能可以对功率器电流情况实施不间断检测,从而确保功率器件的正常稳定运行。 2电力电子器件应用存在的问题 电力电子器件在给我们生活带来极大方便的同时,还存在以下应用问题,这些问题阻碍着电力电子器件的发展和应用。 2.1 缺乏创新力度,更新速度迟缓 随着经济的高速发展,电力电子技术发展的速度也是越来越快,但是现阶段电力电子技术面临着更新速度迟缓、创新力度不足等缺点,电力电子器件的发展已经无法达到人们对高科技的需求。针对这些问题,科研人员一定要具备高度的创新意识,全力研究探索电力电子技术。 2.2 电力电子器件原材料寻找困难 阻碍电力电子技术和电力电子器件发展的主要原因是缺乏高性能的电力电子器件原材料,如今原材料具备的性能不再适合电力电子器件的深度发展,若要促进电力电子器件快速发展,需要进行电力电子器件原材料的研究和制造,在原有的基础上提升电力电子器件的性能。在研究和制造过程中,需要进行缜密的分析和精密的规划,另外,还要判断原材料是否和电力电子器件相吻合,判断原材料是否存在缺陷,然后在不断的探究和完善中逐渐对原材料进行优化。 3电力电子器件发展展望 硅晶闸管类型的半控型器件在诸多传统晶闸管应用、无功补偿、高压直流输电等领域中已经普及应用,尽管全控器件的研发和应用对其造成了一定程度的冲击,但是硅晶闸管在技术成熟性和价格方面具备良好的优势,在未来的市场中必定还会占据很大的份额,尤其会在大电流和高电压应用场合中广泛普及应用。

电力电子器件特性和驱动实验一

实验三 常用电力电子器件的特性和驱动实验 一、实验目的 (1) 掌握常用电力电子器件的工作特性。 (2) 掌握常用器件对触发MOSFET 、信号的要求。 (3) 理解各种自关断器件对驱动电路的要求。 (4) 掌握各种自关断器件驱动电路的结构及特点。 (5) 掌握由自关断器件构成的PWM 直流斩波电路原理与方法。 二、预习内容 (1) 了解SCR 、GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 的结构和工作原理。 (2) 了解SCR 、GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 有哪些主要参数。 (3) 了解SCR 、GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 的静态和动态特性。 (4)阅读实验指导书关于GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 的驱动原理。 三、实验所需设备及挂件 四、实验电路原理图 1、SCR 、GTO 、MOSFET 、GTR 、IGBT 五种特性实验原理电路如下图X-1所示: 图 X-1特性实验原理电路图 X-2虚框中五种器件的1、2、3标号连接示意图 三相电网电压

2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验原理电路框图如下图X-3所示: 图X-3 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验原理电路框图 3、GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验的流程框图如图X-4 图X-4 GTO、MOSFET、GTR、IGBT四种驱动实验的流程框图 五、实验内容 1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五种器件特性的测试 2、GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动电路的研究。 六、注意事项 (1)注意示波器使用的共地问题。 (2)每种器件的实验开始前,必须先加上器件的控制电压,然后再加主回路的电源;实验结束时,必须先切断主回路电源,然后再切断控制电源。 (3)驱动实验中,连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。 (4)不同的器件驱动电路需接不同的控制电压,接线时应注意正确选择。 七、实验方法与步骤 1、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT 五种器件特性的测试 1)关闭总电源,按图X-5的框图接主电路 图X-5实验接线框图

现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述上课讲义

现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述

课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院:电气工程学院 姓名: ********* 学号: 14********* 专业: ***************** 指导教师: *******老师 0 引言

电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术,它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高,电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面,现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用,它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问,电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展[1] 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支,电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件(第一代电力电子器件) 上世纪50年代,美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR),标志着电力电子技术的诞生。此后,晶闸管得到了迅速发展,器件容量越来越大,性能得到不断提高,并产生了各种晶闸管派生器件,如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是,晶闸管作为半控型器件,只能通过门极控制器开通,不能控制其关断,要关断器件必须通过强迫换相电路,从而使整个装置体积增加,复杂程度提高,效率降低。另外,晶闸管为双极型器件,有少子存储效应,所以工作频率低,一般低于400 Hz。由于以上这些原因,使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件(第二代电力电气器件) 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展,从上世纪70年代后期开始,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极晶体管(BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控制既可使其开通又可使其关断。此外,这些器件的开关速度普遍高于晶闸管,可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新,把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题,RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管(IGBT),并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合,它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身,性能十分优越,使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应,MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管(IGCT)都是MOSFET和GTO的复合,它们都综合

电力电子器件特性和驱动实验一

实验三常用电力电子器件的特性和驱动实验、实验目的 (1) 掌握常用电力电子器件的工作特性。 (2) 掌握常用器件对触发MOSFET、信号的要求。 (3) 理解各种自关断器件对驱动电路的要求。 (4) 掌握各种自关断器件驱动电路的结构及特点。 (5) 掌握由自关断器件构成的PWM 直流斩波电路原理与方法。 、预习内容 (1)了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT 的结构和工作原理。 (2)了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT 有哪些主要参数。 (3)了解SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT 的静态和动态特性。 (4)阅读实验指导书关于GTO、GTR、MOSFET、IGBT的驱动原理。 三、实验所需设备及挂件 序号型号备注 1DJK01电源控制屏主电源控制屏(已介绍) 2DJK06给定及实验器件包含二极管、开关,正、负15伏直流给定等3DJK07新器件特性试验含SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT五种 器件 4DJK09单相调压与可调负载 5DJK12功率器件驱动电路实验箱 6万用表 1 )设备及列表 7 件2)挂图片

*牢辛牛甲耳电用宜盟陌

X-2虚框中五种器件的1、2、3标号连接示意图 3、GTO 、 MOSFET 、GTR 、 图X-4 GTO 、MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验的流程框图 五、实验内容 四、实验电路原理图 图X-1特性实验原理电路图 1 、 SCR 、 GTO 、MOSFET 、 GTR 、IGBT 五种器件特性的测试 MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验原理电路框图 图 X-3 GTO 、 2、GTO 、MOSFET 、GTR 、IGBT 四种驱动实验原理电路框图如下图 X-3所示: IGBT 四种驱动实验的流程框图如图 X-4

电力电子技术器件的现状及发展趋势

电力电子技术器件的现状及发展趋势 【摘要】电力电子技术在节约能源与绿色电源技术方面扮演着重要角色。它已经发展为电气工程学科最为重要、最为活跃的一个分支。近年来,电力电子器件在性能方面获得了很大的提高,未来发展的主流是提高电流和电压的等级、提高工作频率、缩小体积、高度模块化和高工作效率化,并根据电力电子装置的需要协调电压、电流和频率之间的关系。 【关键词】电力电子学; 节约能源;电力电子器件; New Trends of DeveloPment Of Electronic Technology Abstract:Power electronic techology play very important roles in the technology ofsaving power and green power supply. It has developed into one of the most important and the most active branch of electric engineering subject. In recent years, power electronics device in terms of performance obtained the very big enhancement,The future of the mainstream of development is to improve the current and voltage level, improve the working frequency, reduced volume, highly modular and high work efficiency, and according to the need of the power electronic device to coordinate the relationship between the voltage, current and frequency. Key word:Power electronic:save energy ;Power electronic devices(文献[2]) 引言: 所谓电力电子技术就是使用电力半导体器件及电子技术对电气设备的电功率进行变控制的技术。它以实现“高效率用电和高品质用电”为目标,是一门综合电力半导体器件、电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等许多学科的交叉学科。电力电子器件是电力电子技术的基础和源头。在电力电子器件中,GTO 晶闸管、整流管、IGCT、GTR 的发展速度减缓;,MOS场控半导体器件以其优异的特性已成为主流器件,并将成为未来电力半导体器件研究的主流。对IGBT,MOSFET 和IECT 这些以 ,MOSFET 作为控制级,且具有高的工作频率的器件,其研究的核心是提高电压和电流容量;静电感应类电力半导体SIT、SITH的研究将受到重视电力电子技术是电子学发展的新领域.近年来,国内外电力电子产品的开发和电力电子技术的应用有了很大的发展.本文就国内外电力电子技术发展现状、前景预测、产品市场及对策措施进行分析和比较,并提出国内(上海)电力电子技术和器件的发展目标与发展重点。由于电能是人类活动的主要能源,而电力电子技术能有效地节能降耗,所以被看作是国民

电力电子相关产业

附件2 电力电子相关产品目录 一、元器件类: 元器件类主要包括半导体器件、无源元件以及机械部件,是组成电力电子设备的主要部件。其中有些为电力电子专用元器件,另外一些是普适型元器件,并不专用于电力电子产品中。 1.1 电力电子器件 主要包括各种半导体器件,如:二极管、桥堆、晶闸管、GTO、MOSFET、IGBT等器件,按封装形式可以分为单管和模块两类。此类器件专用于电力电子领域,功率等级可以从几瓦延伸到上兆瓦,是中大功率电力电子装置的核心技术产品。 1.2 电源管理芯片(power management IC) 电源管理类产品主要是单片集成的电源以及控制器等,一般功率等级较低(几瓦到几百瓦之间),与半导体产业有较大的交叉,更多地具有集成电路产品特征。 1.3 无源元件(被动元件) 无源元件主要是电容以及电感(变压器)。可以分为以下几类: 1.3.1磁芯:包括铁氧体;粉芯; 1.3.2电容:包括电解电容、瓷片电容、薄膜电容、安规电容、电力电容等; 1.3.3电子变压器/电感 1.4 散热器 散热器(尤其是水冷散热器),一般专用于电力电子产品。 1.5 直流母排(Bus Bar) 二、装置和系统类: 电力电子装置和系统产品主要就是电源,功能是是实现电能的变化,按照应用场合以及功能大致可以分为: 2.1电力电源 包括电源模块本身以及电力行业广泛应用的直流电源。输出为直流,通常为220V/110V。 2.2 通信电源 包括通信电源模块本身以及通信行业广泛应用的直流电源系统。输出为直流,通常为48V/24V。

2.3不间断电源(UPS) 包括家用、银行等重要设施配备的不间断电源系统。功率范围很大,从数百V A到数兆V A 等级。 2.4新能源并网逆变器 风能、光伏等新能源发电的并网逆变器及其系统。 2.5变频器/马达驱动器 变频器主要用于马达驱动,实现节能以及系统控制。控制算法软件和硬件结合十分紧密。 2.6LED驱动器 针对LED灯特性设计的直流恒流电源,在较大功率下,需要多路恒流输出。 2.7直流模块电源(Brick DC/DC) 此类电源由于其高功率密度,高效率、高性能,在通信、军工等场合被广泛应用。通常也成为二次电源,实现直流/直流转换。 2.8消费类电子电源 消费类电子电源涵盖范围较广,以交流转直流为主,如移动设备、计算机、家电、娱乐设备等。 2.9电动汽车充电站 电动汽车充电站是未来电动汽车广泛应用的一个配套基础设施。 2.10工业电源 广泛应用于工业现场,作为控制器的供电电源,一般要求可靠性高。如纺织机械的电磁阀驱动电源、工业控制电源。 2.11特种电源 特殊场合应用的电源系统,如军工场合(军舰去磁化电源、鱼雷推进)。

相关文档
相关文档 最新文档