紹興模擬電子技術基礎

來源: 發(fā)布時間:2020-10-03

變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取_@時的電力電子技術已經能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,局限在中低頻范圍內。變頻器時代進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化。電子技術是根據電子學的原理,運用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學。紹興模擬電子技術基礎

普通晶閘管的開關電流已達數(shù)千安,能承受的正、反向工作電壓達數(shù)千伏。在此基礎上,為適應電力電子技術發(fā)展的需要,又開發(fā)出門極可關斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管等一系列派生器件,以及單極型MOS功率場效應晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件。各種電力電子器件均具有導通和阻斷兩種工作特性。功率二極管是二端(陰極和陽極)器件,其器件電流由伏安特性決定,除了改變加在二端間的電壓外,無法控制其陽極電流,故稱不可控器件。普通晶閘管是三端器件,其門極信號能控制元件的導通,但不能控制其關斷,稱半控型器件??申P斷晶閘管、功率晶體管等器件,其門極信號既能件的導通,又能控制其關斷,稱全控型器件。后兩類器件控制靈活,電路簡單,開關速度53c3db0-ae2b-4474-a84d-2a于整流、逆變、斬波電路中,是電動機調速、發(fā)電機勵磁、感應加熱、電鍍、電解電源、直接輸電等電力電子裝置中的部件。這些器件構成裝置不僅體積小、工作可靠,而且節(jié)能效果十分明顯(一般可節(jié)電10%~40%)。單個電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的,能通過的電流大小也是一定的。南京電子技術基礎七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻調速因節(jié)能效果而迅速發(fā)展。

電力電子器件又稱為功率半導體器件,主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安,電壓為數(shù)百伏以上)。功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè),包括計算機領域的筆記本、PC、服務器、顯示器以及各種外設;網絡通信領域的手機、電話以及其它各種終端和局端設備;消費電子領域的傳統(tǒng)黑白家電和各種數(shù)碼產品;工業(yè)控制類中的工業(yè)PC、各類儀器儀表和各類控制設備等。除了保證這些設備的正常運行以外,功率器件還能起到有效的節(jié)能作用。由于電子產品的需求以及能效要求的不斷提高,中國功率器件市場一直保持較快的發(fā)展速度。國家統(tǒng)計局數(shù)據顯示,2010年中國功率器件行業(yè)共有規(guī)模以上企業(yè)498家,全行業(yè)實現(xiàn)銷售收入,同比增長,同比增長。從企業(yè)經濟類型來看,三資企業(yè)數(shù)量多,其企業(yè)數(shù)量占行業(yè)數(shù)量的。從企業(yè)數(shù)量、銷售收入以及資產規(guī)模來看,江蘇、廣東和浙江等省所占的份額居多。20世紀50年代,電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來的晶閘管,因其工作可靠、壽命長、體積小、開關速度快,而在電力電子電路中得到。

機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。計算機高效率綠色電源高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進入了電子、電器設備領域。計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品,綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。通信用高頻開關電源通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,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變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。

模擬集成電路設計主要是通過有經驗的設計師進行手動的電路調試,模擬而得到,與此相對應的數(shù)字集成電路設計大部分是通過使用硬件描述語言在EDA軟件的控制下自動的綜合產生。電子元器件數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。根據數(shù)字集成電路中包含的門電路或元器件數(shù)量,可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成(SSI)電路、中規(guī)模集成(MSI)電路、大規(guī)模集成(LSI)電路、超大規(guī)模集成(VLSI)電路和特大規(guī)模集成(ULSI)電路。小規(guī)模集成電路包含的門電路在10個以內,或元器件數(shù)不超過100個;中規(guī)模集成電路包含的門電路在10-100個之間,或元器件數(shù)在100-1000個之間;大規(guī)模集成電路包含的門電路在100個以上,或元器件數(shù)在10-10個之間;超大規(guī)模集成電路包含的門電路在1萬個以上,或元器件數(shù)在10-10之間;特大規(guī)模集成電路的元器件數(shù)在10-10之間。它包括:基本邏輯門、觸發(fā)器、寄存器、譯碼器、驅動器、計數(shù)器、整形電路、可編程邏輯器件、微處理器、單片機、DSP等。電子技術是根據電子學的原理,運用電子元器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學,包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。信息電子技術包括Analog。因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同。濱湖區(qū)數(shù)字電子技術應用

因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。紹興模擬電子技術基礎

由單個電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制。所以,在實用中多用幾個電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件,其耐壓和通流的能力可以成倍地提高,從而可極大地增加電力電子裝置的容量。器件串聯(lián)時,希望各元件能承受同樣的正、反向電壓;并聯(lián)時則希望各元件能分擔同樣的電流。但由于器件的個異性,串、并聯(lián)時,各器件并不能完全均勻地分擔電壓和電流。所以,在電力電子器件串聯(lián)時,要采取均壓措施;在并聯(lián)時,要采取均流措施。電力電子器件工作時,會因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫。器件溫度過高將縮短壽命,甚至燒毀,這是限制電力電子器件電流、電壓容量的主要原因。為此,必須考慮器件的冷卻問題。常用冷卻方式有自冷式、風冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸發(fā)冷卻式等。電力電子器件正沿著大功率化、高頻化、集成化的方向發(fā)展。80年代晶閘管的電流容量已達6000安,阻斷電壓高達6500伏。但這類器件工作頻率較低。提高其工作頻率,取決于器件關斷期間如何加快基區(qū)少數(shù)載流子(簡稱少子)的復合速度和經門極抽取更多的載流子。降低少子壽命雖能有效地縮短關斷電流的過程,卻導致器件導通期正向壓降的增加。因此必須兼顧轉換速度和器件通態(tài)功率損耗的要求。紹興模擬電子技術基礎

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