工業(yè)電子技術(shù)實驗

來源: 發(fā)布時間:2020-11-17

電力電子器件又稱為功率半導(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),包括計算機領(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、電話以及其它各種終端和局端設(shè)備;消費電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)黑白家電和各種數(shù)碼產(chǎn)品;工業(yè)控制類中的工業(yè)PC、各類儀器儀表和各類控制設(shè)備等。除了保證這些設(shè)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(chǎn)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?jǐn)?shù)據(jù)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(jīng)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(chǎn)規(guī)模來看,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)展起來的晶閘管,因其工作可靠、壽命長、體積小、開關(guān)速度快,而在電力電子電路中得到。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。工業(yè)電子技術(shù)實驗

1906年美國人德福雷斯特發(fā)明真空三極管,用來放大電話的聲音電流。此后,人們強烈地期待著能夠誕生一種固體器件,用來作為質(zhì)量輕、價廉和壽命長的放大器和電子開關(guān)。1947年,點接觸型鍺晶體管的誕生,在電子器件的發(fā)展史上翻開了新的一頁。但是,這種點接觸型晶體管在構(gòu)造上存在著接觸點不穩(wěn)定的致命弱點。在點接觸型晶體管開發(fā)成功的同時,結(jié)型晶體管論就已經(jīng)提出,但是直至人們能夠制備超高純度的單晶以及能夠任意控制晶體的導(dǎo)電類型以后,結(jié)型晶體管材真正得以出現(xiàn)。1950年,具有使用價值的早的鍺合金型晶體管誕生。1954年,結(jié)型硅晶體管誕生。此后,人們提出了場效應(yīng)晶體管的構(gòu)想。隨著無缺陷結(jié)晶和缺陷控制等材料技術(shù)、晶體外誕生長技術(shù)和擴散摻雜技術(shù)、耐壓氧化膜的制備技術(shù)、腐蝕和光刻技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,各種性能優(yōu)良的電子器件相繼出現(xiàn),電子元器件逐步從真空管時代進入晶體管時代和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代。逐步形成作為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的半導(dǎo)體工業(yè)。由于社會發(fā)展的需要,電子裝置變的越來越復(fù)雜,這就要求了電子裝置必須具有可靠性、速度快、消耗功率小以及質(zhì)量輕、小型化、成本低等特點。自20世紀(jì)50年代提出集成電路的設(shè)想后。宜興微電子技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。

可平均節(jié)電20%以上,每年可節(jié)電400億千瓦時),因此電力電子技術(shù)的發(fā)展也越來越受到人們的重視。70年代中期出現(xiàn)的全控型可關(guān)斷晶閘管和功率晶體管,開關(guān)速度快,控制簡單,逆導(dǎo)可關(guān)斷晶閘管更兼容了可關(guān)斷晶閘管和快速整流二極管的功能。它們把電力電子技術(shù)的應(yīng)用推進到了以逆變、斬波為中心內(nèi)容的新領(lǐng)域。這些器件已普遍應(yīng)用于變頻調(diào)速、開關(guān)電源、靜止變頻等電力電子裝置中。80年代初期出現(xiàn)的MOS功率場效應(yīng)晶體管和功率集成電路的工作頻率達到兆赫級。集成電路的技術(shù)促進了器件的小型化和功能化。這些新成就為發(fā)展高頻電力電子技術(shù)提供了條件,推動電力電子裝置朝著智能化、高頻化的方向發(fā)展。80年代發(fā)展起來的靜電感應(yīng)晶閘管、隔離柵晶體管,以及各種組合器件,綜合了晶閘管、MOS功率場效應(yīng)晶體管和功率晶體管各自的優(yōu)點,在性能上又有新的發(fā)展。例如隔離柵晶體管,既具有MOS功率場效應(yīng)晶體管的柵控特性,又具有雙極型功率晶體管的電流傳導(dǎo)性能,它容許的電流密度比雙極型功率晶體管高幾倍。靜電感應(yīng)晶閘管保存了晶閘管導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點,結(jié)構(gòu)上避免了一般晶閘管在門極觸發(fā)時必須在門極周圍先導(dǎo)通然后逐步橫向擴展的過程,所以比一般晶閘管有更高的開關(guān)速度。

而且容許的結(jié)溫升也比普通晶閘管高。這些新器件,在更高的頻率范圍內(nèi)滿足了電力電子技術(shù)的要求。功率集成電路指在一個芯片上把多個器件及其控制電路在一起。其制造工藝既概括了代功率電子器件向大電流、高電壓發(fā)展過程中所積累起來的各種經(jīng)驗,又綜合了大規(guī)模集成電路的工藝特點。這種器件由于很大程度地縮小了器件及其控制電路的體積,因而能夠有效地減少當(dāng)器件處于高頻工作狀態(tài)時寄生參數(shù)的影響,這對提高電路工作頻率和外界干擾十分重要。電子元器件是電子元件和小型的機器、儀器的組成部分,其本身常由若干零件構(gòu)成,可以在同類產(chǎn)品中通用;常指電器、無線電、儀表等工業(yè)的某些零件,是電容、晶體管、游絲、發(fā)條等電子器件的總稱。常見的有二極管等。電子元器件包括:電阻、電容、電感、電位器、電子管、散熱器、機電元件、連接器、半導(dǎo)體分立器件、電聲器件、激光器件、電子顯示器件、光電器件、傳感器、電源、開關(guān)、微特電機、電子變壓器、繼電器、印制電路板、集成電路、各類電路、壓電、晶體、石英、陶瓷磁性材料、印刷電路用基材基板、電子功能工藝材料、電子膠(帶)制品、電子化學(xué)材料及部品等。電子元器件在質(zhì)量方面國際上有歐盟的CE認(rèn)證,美國的UL認(rèn)證。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。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(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)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(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)進入現(xiàn)代電力電子時代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,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(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(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?,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展,當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮。全國小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。逆變器時代七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻調(diào)速因節(jié)能效果而迅速發(fā)展。電子技術(shù)是十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初開始發(fā)展起來的新興技術(shù),二十世紀(jì)發(fā)展迅速。蕪湖電子技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)

電子技術(shù)是對電子信號進行處理的技術(shù),處理的方式主要有:信號的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。工業(yè)電子技術(shù)實驗

普通晶閘管的開關(guān)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(chǔ)上,為適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展的需要,又開發(fā)出門極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等一系列派生器件,以及單極型MOS功率場效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)通,但不能控制其關(guān)斷,稱半控型器件??申P(guān)斷晶閘管、功率晶體管等器件,其門極信號既能件的導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,稱全控型器件。后兩類器件控制靈活,電路簡單,開關(guān)速度53c3db0-ae2b-4474-a84d-2a于整流、逆變、斬波電路中,是電動機調(diào)速、發(fā)電機勵磁、感應(yīng)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(gòu)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。工業(yè)電子技術(shù)實驗

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