功率器件技术与电源技术的现状和发展.PDF

功率器件技术与电源技术的现状和发展 一 半导体功率器件制造技术和电源技术的发展和创新 电源技术与功率半导体器件制造技术互依互存 共同发展 从五十年代初 晶闸管整流器问世 就揭开了功率半导体器件制造技术和电源技术长足发展的序 幕 并奠定了现代电力电子学的基础 电力电子技术包含了电力电子器件制造技 术和电力电子线路与装置两大部分 其中电力电子器件及其应用技术是基础 电源和功率半导体器件是重要的基础科学和产业 从人们的日常生活到工 农业生产 国防建设直至科学研究 都离不开电源 而功率半导体器件制造技术 的发展又支持了电源技术的发展 反之 电源技术的发展又对功率半导体器件提 出了更高的要求 因此 电源技术和半导体功率器件制造技术正是在这种相依相 存的环境中逐步发展起来的 半个世纪以来 电源技术与半导体功率器件制造技术的发展不断创新 经 历了从真空闸流管 真空三极管到半导二极管 三极管 晶闸管 功率场效应晶 体管 MOSFET 绝缘栅双极性晶体管 栅控晶闸管 等不同时代的新器件 总之 半导体功率器件正朝着高频 大电流 高电压 栅 控可关断方向发展 功率器件的发展促进了电源技术的升级换代 同样电源技术 也正在朝着高频 大容量 模块化 高稳定度 高效率 并能有效地抑制电网谐 波和环境噪声污染方向发展 未来 可以相信在新理论 新技术的引导下 在新材料 新器件的支持下 电源和半导体功率器件将会进入更广阔的发展空间 二 半导体功率器件的应用和电源技术的发展 随着科学技术和工业生产的发展 对电源和功率器件的要求越来越高 规格 品种越来越多 技术难度越来越大 涉及的学术领域也越来越广 工业电源应用 的对象具有多样性 新颖性和复杂性 要求电源具备先进的控制技术和多种输出 外特性 1. 中频感应加热电源 晶闸管中频电源基本替代了传统的中频电动—发电机组 广泛应用于热加工 领域 中频电源至今仍主要采用快速或高频晶闸管 频率为 300—8000 HZ 单机 功率为 25—4000KW 中频电源主回路大致有三种形式 见下图 1 中频电源主回路主要由整流桥和逆变桥组成 整流桥大都采用 6 只普通晶闸 管组成三相全控桥式整流电路 该电路的电压调节范围大 输出电压脉动频率较 高 可以减轻直流滤波环节的负担 使输出电流更平稳 另外 它还可以工作在 有源逆变状态 当逆变桥颠覆时 将贮存在滤波电抗器中的能量通过有源逆变方 式返回网侧 使逆变电路得到保护 逆变桥的主要功能是把直流电转变成单相中 频交流电 逆变桥快速晶闸管关断时间的选择 应根据逆变电路的频率而定 不要盲 目地追求短时间 不要认为关断时间越短越好 因为关断时间与正向压降是一对 矛盾 在电压型逆变电路中 为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道 逆 变桥各桥臂都并联了反馈二极管 或叫续流二极管 续流二极管应根据设备的工 作频率选择软恢复二极管或软快恢复二极管 不要选择硬恢复二极管 因硬恢复 二极管的 di/dt 比软恢复二极管高 过冲峰值电压高 因此 硬恢复二极管在关 断过程中的电压过冲问题比较严重 易损坏与之并联的晶闸管 随着新型半导体功率器件的不断出现 电力电子技术应用领域将会有新的变 革 中频感应加热领域也不例外