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电力电子技术的新动向

EDN China?? 2003年08月12日 ?? 收藏0

??????? 一.?MOS型功率半导体器件改变了功率变换技术的面貌

??????? 过去功率半导体器件的国际会议主要是包含在半导体器件(主要是集成电路,如IEDM会议)或应用技术(如PESC,IPEC,IAS)的会议中。1989年始有专门讨论功率半导体器件的专业会议,称为国际功率半导体器件讨论会(ISPSD)。从历年来ISPSD中论题的变化来看,功率MOS器件及功率集成电路的论文发展最快。而晶闸管的论文则迅速减少。这说明晶闸管技术已趋于成熟。而MOS型的器件则正在不断更新和发展。

??????? ISPSD'97中,会议主席专门谈到了今年会议的主题是:“功率半导体器件的40周年和晶体管的50周年”。说明1957年晶闸管(可控硅)的发明,是功率半导体器件纪元的开始。但他也同时指出,对当前影响更为重大的是近20年前,功率MOS场效应晶体管的发明,它使微电子学和电力

电子学开始接通,并使功率变换技术有了新的飞跃。

??????? 功率MOSFET 所以发展非常快的原因是:

??????? 1) 场效应晶体管作为一种多子器件,其频率大为提高。因此不仅高频应用有了扩大,在缩小整机体积方面更起了关键的作用。

??????? 2) 场效应晶体管作为一种电压控制型器件,可用一些专用的高压集成电路直接进行控制。甚至可以把主器件和控制、自保护电路做在一个芯片或器件中。这不仅进一步减小了体种和重量,更使控制的概念发生了根本的变化。

??????? 3) 新一代的场效应晶体管的通态电阻不仅比PN结的正向好,甚至比过去认为具有最低正向电阻的肖特基二极管还好。因而MOSFET不仅是一种快速开关器件,而且在一定的条件下,它还是一种最佳的整流元件。这个优点使MOSFET进入电脑等应用领域。而没有其他器件可以替代。

??????? 4) 以MOSFET为基础的新型器件,如IGBT,进一步扩大了MOS型器件的功率领域。它已成为功率半导体器件中的主将之一。其他更新的MOS型器件,是每次学术会议的中心,但究竟那一种会脱胎而出,还在继续发展之中。

??????? 5) 功率集成电路通常都带有MOSFET,它作为MOSFET及IGBT的触发电路已有了很大发展。近期又将保护电路结合在内,或根据不同应用制造不同的功率集成电路。这类器件大大简化了MOS器件的应用。其前景是不可估量的。

??????? 6) 以MOS型芯片或结构为主体的各种组合型器件、厚膜电路也正在迅速发展中。例如IGBT+HEXFRED的COPACK封装IGBT、MOSFET+SCHOTTKT的FETKY等,这些组合型器件不仅是为缩小体积重量,也为减小接线电感改进效率减少电路噪声起了作用。再例如新型的固态继电器MicroElectronicRelay(MER),其结构为MOSFET +控制电路+光电池,其通态电阻可优于舌簧开关。此外,新型的快恢复外延二极管HEXFRED虽然不是MOS结构器件但也是为配合快速高压 MOS型器件的续流需要而诞生的。
由于MOS型功率半导体器件大量涌入市场,电力电子技术的面貌发生了根本的变化。

??????? 二. 功率变换的四个主要环节?与新型功率半导体器件

??????? 功率半导体器件主要用于处理电能(频率变换、功率变换和控制)。或者说是把粗电精炼成符合应用需要的精电。在处理过程中,特别著重于效率的提高,因而可节约大量的电能。

???????? 根据功率变换的功能,我们可以把电力半导体器件分成四大类。(有时也分成五类)这是因为通常总是先把交流电整流为直流(I),然后又在一定的控制下(II)把直流逆变成所需频率的交


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电力电子? 电源? 功率?

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