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制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)电子器件.又称功率电子器件.20世纪50年代,电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管.60年代发展起来的晶闸管,因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快,而在电力电子电路中得到广泛应用.70年代初期,已逐步取代了汞弧闸流管.80年代,普通晶闸管的开关电流已达数千安,能承受的正、反向工作电压达数千伏.在此基础上,为适应电力电子技术发展的需要,又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件,以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件.
各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性.功率二极管是二端(阴极和阳极)器件,其器件电流由伏安特性决定,除了改变加在二端间的电压外,无法控制其阳极电流,故称不可控器件.普通晶闸管是三端器件,其门极信号能控制元件的导通,但不能控制其关断,称半控型器件.可关断晶闸管、功率晶体管等器件,其门极信号既能控制器件的导通,又能控制其关断,称全控型器件.后两类器件控制灵活,电路简单,开关速度快,广泛应用于整流、逆变、斩波电路中,是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件.这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠,而且节能效果十分明显(一般可节电10%~40%).
单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的,能通过的电流大小也是一定的.因此,由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制.所以,在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件,其耐压和通流的能力可以成倍地提高,从而可极大地增加电力电子装置的容量.器件串联时,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.但由于器件的个异性,串、并联时,各器件并不能完全均匀地分担电压和电流.所以,在电力电子器件串联时,要采取均压措施;在并联时,要采取均流措施.
电力电子器件工作时,会因功率损耗引起器件发热、升温.器件温度过高将缩短寿命,甚至烧毁,这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因.为此,必须考虑器件的冷却问题.常用冷却方式有自冷式、风冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸发冷却式等.
电力电子器件
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斗胆接力雪山无痕,勿见怪:
从工作原理上看,传统的功率半导体器件可以分为两类:GTO、功率BJT等双极型器件为一类,VDMOS、功率JEFT等单极型器件为另一类.
功率BJT的导通电阻小,正向导通时的通态损耗很小,且适合于工作在大电流条件下,但功率BJT有如下缺点:开关速度慢,高频开关损耗大;驱动电路复杂;电流具有正温度系数特性,易发生二次击穿.由于这些缺点的存在,使得它不能成为一种理想的高频电力电子器件.
与之相对应,VDMOS具有开关速度高(可达兆赫兹以上)、电压驱动、负电流温度系数、不存在二次击穿等优点,但是它的导通电阻Ron太大,且随着器件耐压的增大而急剧增加,高的导通电阻必然导致高的通态损耗.因此,VDMOS器件只适用于低压(一般为300V以下)应用,不适合制作高压器件.
从工作原理上看,传统的功率半导体器件可以分为两类:GTO、功率BJT等双极型器件为一类,VDMOS、功率JEFT等单极型器件为另一类.
功率BJT的导通电阻小,正向导通时的通态损耗很小,且适合于工作在大电流条件下,但功率BJT有如下缺点:开关速度慢,高频开关损耗大;驱动电路复杂;电流具有正温度系数特性,易发生二次击穿.由于这些缺点的存在,使得它不能成为一种理想的高频电力电子器件.
与之相对应,VDMOS具有开关速度高(可达兆赫兹以上)、电压驱动、负电流温度系数、不存在二次击穿等优点,但是它的导通电阻Ron太大,且随着器件耐压的增大而急剧增加,高的导通电阻必然导致高的通态损耗.因此,VDMOS器件只适用于低压(一般为300V以下)应用,不适合制作高压器件.
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由于IGBT融合了MOS器件栅驱动电路简单和双极型器件通态压降低等优点,其功率处理能力和工作频率的折中远优于其它功率半导体器件,长期以来被广泛应用于各种功率变换和功率控制过程.近年来,IGBT的应用领域已经由传统的电气传动、机车牵引和电力系统,延伸到了通讯电子、汽车电子、消费电子甚至白色家电等工业领域.据权威市场调查机构IC Insights预测,到2010年IGBT分立器件的全球市场销售额将达到6亿美元,IGBT模块的全球市场销售额将达到18亿美元.
在100KHz开关频率以下,容量在10A&600V以上,IGBT可以高效率、安全可靠地应用于高频大功率场合.
在100KHz开关频率以下,容量在10A&600V以上,IGBT可以高效率、安全可靠地应用于高频大功率场合.
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@雪山无痕
支持大虾相助!!!!!!
承蒙“雪山无痕 ”抬举.
只是来这儿和大家交流交流、学习学习.
IGBT毫无疑问在很多个领域完全取代了GTA、SCR,除了
少数小功率超高频率仍需功率MOSFET外,它绝对是电力
电子行业大多数应用的首选.
也许,各位搞应用的大侠们在定方案时应该首先考虑IGBT,
特别是使用INFINEON芯片的IGBT(全球每3片/块IGBT就
有一片/块采用的是INFINEON的芯片).
这种芯片确实牛.通态特性、频率特性和温度特性同时达到
很好的折中.
对于象我一样入行不久的,如果想深入了解目前商品化了的
IGBT,推荐:
引人注目的新型IGBT:NPT-IGBT 周文定 “电焊机”
2000 No.4 P.36-39 下载了看看就知道目前面对林林总总
的IGBT该选哪个了.
特别提醒大家,温度特性非常关键.
好多次就发生了IGBT并联后爆了.一定要选好哦.
只是来这儿和大家交流交流、学习学习.
IGBT毫无疑问在很多个领域完全取代了GTA、SCR,除了
少数小功率超高频率仍需功率MOSFET外,它绝对是电力
电子行业大多数应用的首选.
也许,各位搞应用的大侠们在定方案时应该首先考虑IGBT,
特别是使用INFINEON芯片的IGBT(全球每3片/块IGBT就
有一片/块采用的是INFINEON的芯片).
这种芯片确实牛.通态特性、频率特性和温度特性同时达到
很好的折中.
对于象我一样入行不久的,如果想深入了解目前商品化了的
IGBT,推荐:
引人注目的新型IGBT:NPT-IGBT 周文定 “电焊机”
2000 No.4 P.36-39 下载了看看就知道目前面对林林总总
的IGBT该选哪个了.
特别提醒大家,温度特性非常关键.
好多次就发生了IGBT并联后爆了.一定要选好哦.
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@powermana
承蒙“雪山无痕”抬举.只是来这儿和大家交流交流、学习学习.IGBT毫无疑问在很多个领域完全取代了GTA、SCR,除了少数小功率超高频率仍需功率MOSFET外,它绝对是电力电子行业大多数应用的首选.也许,各位搞应用的大侠们在定方案时应该首先考虑IGBT,特别是使用INFINEON芯片的IGBT(全球每3片/块IGBT就有一片/块采用的是INFINEON的芯片).这种芯片确实牛.通态特性、频率特性和温度特性同时达到很好的折中.对于象我一样入行不久的,如果想深入了解目前商品化了的IGBT,推荐:引人注目的新型IGBT:NPT-IGBT 周文定 “电焊机”2000No.4P.36-39下载了看看就知道目前面对林林总总的IGBT该选哪个了.特别提醒大家,温度特性非常关键.好多次就发生了IGBT并联后爆了.一定要选好哦.
呵呵!!!一看就是实践过的
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@雪山无痕
IGBT压降正温度和压降负温度是人为可以选择的吧,你的讲解更利于理解了,并联时最好用压降正温度的,是吧?
是的.只要是采用了infineon第二代和第三代芯片的IGBT module/discrete,都是电压正温度悉数,可以放心地考虑并联方案.我提到过,目前市面上有多家企业在应用英飞凌的芯片.
关于温度特性的原因和影响,除了看看我推荐的文章,还可以在IR网站上查查,有篇AN谈到了IGBT温度特性及其影响.罗嗦第二遍了,温度
特性非常重要.是个器件它总要发热的,热了结温就要升高,结温升高
器件内部的电流电压就要变化(散热大家做得差不太多,这时候就看温度特性的了);特别是在高频工作下,infineon的芯片可以实现拖尾电流仅小幅增加,这样不单是高温功耗增加不大,更重要的是避免了热电反馈.
很多时候,模块还没工作到正常水平就烧了,有这种分流不均的可能.
去年坊间流传有几个品牌就在这儿出了问题.
最近,有人反映一种IGBT module烧了的情形:驱动电阻没选合适.
这倒是大家讨论了很多遍了,有料可找.建议大家问原厂或分销商的
FAE要相关参数.EUPEC给的挺详细的.
反正,IGBT这个东西,不像SCR大家用了很多年,该出的问题都出了,
该解决的也解决了.但是,它将来一定是主流.不管我们需要花多少
功夫来琢磨它也是值得的.(很多企业现在高薪招有经验的IGBT设计人员,就是希望少走弯路)钱景无限啊.
言多了.不对的地方大家讨论喽.
关于温度特性的原因和影响,除了看看我推荐的文章,还可以在IR网站上查查,有篇AN谈到了IGBT温度特性及其影响.罗嗦第二遍了,温度
特性非常重要.是个器件它总要发热的,热了结温就要升高,结温升高
器件内部的电流电压就要变化(散热大家做得差不太多,这时候就看温度特性的了);特别是在高频工作下,infineon的芯片可以实现拖尾电流仅小幅增加,这样不单是高温功耗增加不大,更重要的是避免了热电反馈.
很多时候,模块还没工作到正常水平就烧了,有这种分流不均的可能.
去年坊间流传有几个品牌就在这儿出了问题.
最近,有人反映一种IGBT module烧了的情形:驱动电阻没选合适.
这倒是大家讨论了很多遍了,有料可找.建议大家问原厂或分销商的
FAE要相关参数.EUPEC给的挺详细的.
反正,IGBT这个东西,不像SCR大家用了很多年,该出的问题都出了,
该解决的也解决了.但是,它将来一定是主流.不管我们需要花多少
功夫来琢磨它也是值得的.(很多企业现在高薪招有经验的IGBT设计人员,就是希望少走弯路)钱景无限啊.
言多了.不对的地方大家讨论喽.
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@442723178
请问那位同志知道可控硅BT33的参数是怎么样的?????????????????????????多谢!!!!!!!!!
电力电子器件分三类,
1、双极性器件,包括GTO(门极可关断晶闸管).SCR(晶闸管) GTR(大功率晶体管),SITH,快恢复二极管等,即参与导电粒子有,多子和少子(空穴和电子),正是因为两种载流子参与导电过程,器件的关断过程需要一定时间的中和过程,但是同时也因为两种载流子参与导电,则器件的导通压降很小(电导调制原理)
2、单极性器件:包括MOS(功率MOS) SIT(这个器件的名称记不太清) 肖特基二极管等,即参与导电粒子仅有一种.器件的导通关断速度快,不存在载流子的中和过程.具体可参考MOS的导通原理由于器件大多制成VDMOS 或VVMOS,器件的导通电阻通常很大,一般随器件的耐压增加而增加.但MOS器件的导通电组具有正的温度系数,非常适合于器件并联使用
3、为了综合以上两种器件的优点,推出了著名的混合型器件,(一般是单极性器件控制双极性器件)比如:IGCT IGBT(MOS控制GTR) MCT(已停产,但原有认为是最有发展前途的一种器件,MOS控制GTO)
.器件一般具有导通压降小(电导调制),开通时间短(MOS控制),但因其具有一定的双极性器件的缺点,往往具有很大的脱尾电流比方IGBT,另外IGBT的擎柱效应也比较明显,尤其是动态的擎柱效应,使用时需加以考虑.
当然,并不是说IGBT的使用受限,在移项全桥的软开关中就有效的利用了IGBT的脱尾效应.解决一定的问题.有兴趣可以开一下《王聪的软开关那本书》
1、双极性器件,包括GTO(门极可关断晶闸管).SCR(晶闸管) GTR(大功率晶体管),SITH,快恢复二极管等,即参与导电粒子有,多子和少子(空穴和电子),正是因为两种载流子参与导电过程,器件的关断过程需要一定时间的中和过程,但是同时也因为两种载流子参与导电,则器件的导通压降很小(电导调制原理)
2、单极性器件:包括MOS(功率MOS) SIT(这个器件的名称记不太清) 肖特基二极管等,即参与导电粒子仅有一种.器件的导通关断速度快,不存在载流子的中和过程.具体可参考MOS的导通原理由于器件大多制成VDMOS 或VVMOS,器件的导通电阻通常很大,一般随器件的耐压增加而增加.但MOS器件的导通电组具有正的温度系数,非常适合于器件并联使用
3、为了综合以上两种器件的优点,推出了著名的混合型器件,(一般是单极性器件控制双极性器件)比如:IGCT IGBT(MOS控制GTR) MCT(已停产,但原有认为是最有发展前途的一种器件,MOS控制GTO)
.器件一般具有导通压降小(电导调制),开通时间短(MOS控制),但因其具有一定的双极性器件的缺点,往往具有很大的脱尾电流比方IGBT,另外IGBT的擎柱效应也比较明显,尤其是动态的擎柱效应,使用时需加以考虑.
当然,并不是说IGBT的使用受限,在移项全桥的软开关中就有效的利用了IGBT的脱尾效应.解决一定的问题.有兴趣可以开一下《王聪的软开关那本书》
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@everobust
电力电子器件分三类,1、双极性器件,包括GTO(门极可关断晶闸管).SCR(晶闸管)GTR(大功率晶体管),SITH,快恢复二极管等,即参与导电粒子有,多子和少子(空穴和电子),正是因为两种载流子参与导电过程,器件的关断过程需要一定时间的中和过程,但是同时也因为两种载流子参与导电,则器件的导通压降很小(电导调制原理)2、单极性器件:包括MOS(功率MOS)SIT(这个器件的名称记不太清)肖特基二极管等,即参与导电粒子仅有一种.器件的导通关断速度快,不存在载流子的中和过程.具体可参考MOS的导通原理由于器件大多制成VDMOS或VVMOS,器件的导通电阻通常很大,一般随器件的耐压增加而增加.但MOS器件的导通电组具有正的温度系数,非常适合于器件并联使用3、为了综合以上两种器件的优点,推出了著名的混合型器件,(一般是单极性器件控制双极性器件)比如:IGCTIGBT(MOS控制GTR)MCT(已停产,但原有认为是最有发展前途的一种器件,MOS控制GTO).器件一般具有导通压降小(电导调制),开通时间短(MOS控制),但因其具有一定的双极性器件的缺点,往往具有很大的脱尾电流比方IGBT,另外IGBT的擎柱效应也比较明显,尤其是动态的擎柱效应,使用时需加以考虑.当然,并不是说IGBT的使用受限,在移项全桥的软开关中就有效的利用了IGBT的脱尾效应.解决一定的问题.有兴趣可以开一下《王聪的软开关那本书》
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