電力電子器件又稱(chēng)為功率半導(dǎo)體器件,主要用于電力設(shè)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(jì)算機(jī)領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設(shè);網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的手機(jī)、電話(huà)以及其它各種終端和局端設(shè)備;消費(fèi)電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)黑白家電和各種數(shù)碼產(chǎn)品;工業(yè)控制類(lèi)中的工業(yè)PC、各類(lèi)儀器儀表和各類(lèi)控制設(shè)備等。除了保證這些設(shè)備的正常運(yùn)行以外,功率器件還能起到有效的節(jié)能作用。由于電子產(chǎn)品的需求以及能效要求的不斷提高,中國(guó)功率器件市場(chǎng)一直保持較快的發(fā)展速度。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2010年中國(guó)功率器件行業(yè)共有規(guī)模以上企業(yè)498家,全行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入,同比增長(zhǎng),同比增長(zhǎng)。從企業(yè)經(jīng)濟(jì)類(lèi)型來(lái)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(xiāo)售收入以及資產(chǎn)規(guī)模來(lái)看,江蘇、廣東和浙江等省所占的份額居多。20世紀(jì)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(lái)的晶閘管,因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快,而在電力電子電路中得到。高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類(lèi)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。合肥模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)
模擬)電子技術(shù)和Digital(數(shù)字)電子技術(shù)。電子技術(shù)是對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù),處理的方式主要有:信號(hào)的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。電子技術(shù)是十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù),二十世紀(jì)發(fā)展迅速,應(yīng)用,成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。在十八世紀(jì)末和十九世紀(jì)初的這個(gè)時(shí)期,由于生產(chǎn)發(fā)展的需要,在電磁現(xiàn)象方面的研究工作發(fā)展得很快,1785年法國(guó)科學(xué)家?guī)靷愑蓪?shí)驗(yàn)得出電荷的庫(kù)侖定律。1895年,荷蘭物理學(xué)家亨得里克·安頓·洛倫茲假定了電子存在。1897年,英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜()用試驗(yàn)找出了電子。1904年,英國(guó)人發(fā)明了簡(jiǎn)單的二極管(diode或valve),用于檢測(cè)微弱的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。1906年,在二極管中安上了第三個(gè)電極(柵極,grid)發(fā)明了具有放大作用的三極管,這是電子學(xué)早期歷史中重要的里程碑。1948年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的幾位研究人員發(fā)明晶體管。1958年集成電路的個(gè)樣品見(jiàn)諸于世。集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用,標(biāo)志著電子技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的階段。電子產(chǎn)品電子技術(shù)研究的是電子器件及其電子器件構(gòu)成的電路的應(yīng)用。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種分立、集成電子電路基本的元器件。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,各種新型半導(dǎo)體器件層出不窮。合肥系統(tǒng)工程電子技術(shù)基礎(chǔ)因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多,其電源電壓也各不相同。
由單個(gè)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(shí)用中多用幾個(gè)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(shí),希望各元件能承受同樣的正、反向電壓;并聯(lián)時(shí)則希望各元件能分擔(dān)同樣的電流。但由于器件的個(gè)異性,串、并聯(lián)時(shí),各器件并不能完全均勻地分擔(dān)電壓和電流。所以,在電力電子器件串聯(lián)時(shí),要采取均壓措施;在并聯(lián)時(shí),要采取均流措施。電力電子器件工作時(shí),會(huì)因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫。器件溫度過(guò)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(wèn)題。常用冷卻方式有自冷式、風(fēng)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(dá)6000安,阻斷電壓高達(dá)6500伏。但這類(lèi)器件工作頻率較低。提高其工作頻率,取決于器件關(guān)斷期間如何加快基區(qū)少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱(chēng)少子)的復(fù)合速度和經(jīng)門(mén)極抽取更多的載流子。降低少子壽命雖能有效地縮短關(guān)斷電流的過(guò)程,卻導(dǎo)致器件導(dǎo)通期正向壓降的增加。因此必須兼顧轉(zhuǎn)換速度和器件通態(tài)功率損耗的要求。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡虼嗽诹甏推呤甏?,大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展,當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮。全國(guó)小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。逆變器時(shí)代七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果而迅速發(fā)展。電子技術(shù)研究的是電子器件及其電子器件構(gòu)成的電路的應(yīng)用。
電力電子器件又稱(chēng)為功率半導(dǎo)體器件,主要用于電力設(shè)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(jì)算機(jī)領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設(shè);網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的手機(jī)、電話(huà)以及其它各種終端和局端設(shè)備;消費(fèi)電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)黑白家電和各種數(shù)碼產(chǎn)品;工業(yè)控制類(lèi)中的工業(yè)PC、各類(lèi)儀器儀表和各類(lèi)控制設(shè)備等。除了保證這些設(shè)備的正常運(yùn)行以外,功率器件還能起到有效的節(jié)能作用。由于電子產(chǎn)品的需求以及能效要求的不斷提高,中國(guó)功率器件市場(chǎng)一直保持較快的發(fā)展速度。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示,2010年中國(guó)功率器件行業(yè)共有規(guī)模以上企業(yè)498家,全行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入,同比增長(zhǎng),同比增長(zhǎng)。從企業(yè)經(jīng)濟(jì)類(lèi)型來(lái)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(xiāo)售收入以及資產(chǎn)規(guī)模來(lái)看,江蘇、廣東和浙江等省所占的份額居多。20世紀(jì)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(lái)的晶閘管,因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快,而在電力電子電路中得到。電子技術(shù)是十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù),二十世紀(jì)發(fā)展迅速。合肥系統(tǒng)工程電子技術(shù)基礎(chǔ)
綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無(wú)害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品,綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源。合肥模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)
80年代這類(lèi)器件的高工作頻率在10千赫以下。雙極型大功率晶體管可以在100千赫頻率下工作,其控制電流容量已達(dá)數(shù)百安,阻斷電壓1千多伏,但維持通態(tài)比其他功率可控器件需要更大的基極驅(qū)動(dòng)電流。由于存在熱激發(fā)二次擊穿現(xiàn)象,限制它的抗浪涌能力。進(jìn)一步提高其工作頻率仍然受到基區(qū)和集電區(qū)少子儲(chǔ)存效應(yīng)的影響。70年代中期發(fā)展起來(lái)的單極型MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管,由于不受少子儲(chǔ)存效應(yīng)的限制,能夠在兆赫以上的頻率下工作。這種器件的導(dǎo)通電流具有負(fù)溫度特性,不易出現(xiàn)熱激發(fā)二次擊穿現(xiàn)象;需要擴(kuò)大電流容量時(shí),器件并聯(lián)簡(jiǎn)單,且具有較好的線(xiàn)性輸出特性和較小的驅(qū)動(dòng)功率;在制造工藝上便于大規(guī)模集成。但它的通態(tài)壓降較大,制造時(shí)對(duì)材料和器件工藝的一致性要求較高。到80年代中、后期電流容量達(dá)數(shù)十安,阻斷電壓近千伏。從60年代到70年代初期,以半控型普通晶閘管為的電力電子器件,主要用于相控電路。這些電路十分地用在電解、電鍍、直流電機(jī)傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等整流裝置中,與傳統(tǒng)的汞弧整流裝置相比,不僅體積小、工作可靠,而且取得了十分明顯的節(jié)能效果(一般可節(jié)電10~40%,從中國(guó)的實(shí)際看,因風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載約占全國(guó)用電量的1/3,若采用交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)。合肥模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)
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