开关电源控制方法的.研究

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1、西南交通大学研究生学位论文第2页多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等器件，电力半导体器件的功率越来越大，性能日臻完善。然而由于晶闸管的固有特性，工作频率较低(一般低于400Hz)，大大限制了它的应用范围，并且晶闸管是半控器件，要想关断这些器件，必须要有强迫换相电路，使得整体体积增大、重量增大、效率降低、可靠性下降。2．全控型器件既可以控制开通又可以控制关断的电力半导体器件称为全控型器件，此类电力半导体器件大大提高了开关控制的灵活性。从70年代后期开始，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。在中、

2、大容量的变流装置中，传统的晶闸管逐渐被这些新型器件取代。此后各种高频率的全控型器件不断问世，并得到迅速发展。这些器件主要有：电力场控晶体管(即功率MOSFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGT或IGBT)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SlTH)等，这些器件的产生和发展，已经形成了一个新型的全控电力电子器件的大家族。二、电力电子器件的最新发展现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。另外，电力电子模块化是电力电子向高功率密度发展的重要的一步。当前电力电子器件的主要成果有【2]【3】：1．IGCT-一集成门极换流晶闸管(IntegratedGateC

3、ommutatedThyristors)IGCT是一个将门极驱动器与以低电感封装的GTO元件相集成的组件，改进的结果进～步增加了GTOf-j极电流的变化率(一镌／dt)，使门极电流(．尼口)在一微秒内上升到阳极电流的幅值，此时，GTO的门极一阴极结迅速恢复阻断，几乎所有的阳极电流都转向门极抽出。从而减轻了原GTO存在的非均匀关断和阴极电流收缩效应。与常规的GTO晶闸管相比，它具有许多优良的特性：不用缓冲电Chengdu2001西南交遥大学研究生学位论文第3页路就能够实现可靠关断、存储时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统(包括所有器件和外围部件如阳极电抗器和缓冲电

4、容器等)总的功率损耗低等。因此，在大功率MCT未问世以前，IGCT有望成为高功率高电压低频变流器的优选功率器件之一。目前，4．5kV(1．9kV／2．7kV直流链)及5．5kV(3．3kV直流链)、275A

5、频率。加之该器件采用了平板压接式电极引出结构，可望有较高的可靠性。目前该器件已达到4．5kV／1000A的水平。3．MOS门控晶闸管MOS门控晶闸管充分的利用了晶闸管良好的通态特性及MOS管优良的开通和关断特性，具有优良的自关断动态特性和非常低的通态电压降，易于得到高的耐压，成为未来电力电子装置和系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。MOS门极晶闸管主要有三种结构：MOS场控晶闸管(MCT)：基极电阻控制晶闸管(BRT)；及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是MOSf-j控晶闸管中最有希望的一种结构。但是，这种器件要真正

6、成为商业化的实用器件，达到取代GTO的水平，可能还需要相当长的一段时间。4．IPEM一集成电力电子模块(IntegratedPowerElectronicsModules)IPEM已经不是传统意义上的电力电子器件的概念，它是将电力电子装置的诸多器件集成在一起的模块。它的组成过程如下：首先将半导体器件MOSFET、IGBT或MCT与二极管的芯片封装在一起组成～个积木单元，然后将这些积木单元迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷Chengdu2001西南交通大学研究生学位论文第4页衬底上，在它的下面依次是铜基板、氧化铍瓷片和散热器。在积木单元的上部则通过表面贴装将控制电路、门极驱动

7、、电流和温度传感器以及保护电路集成安装在一薄层绝缘层上。IPEM完全取消了传统模块封装中的粗线键合工艺，取而代之的是三维立体组装，可以实现电力电子技术的智能化和模块化，并大大降低电路接线电感，提高了系统的效率。进一步提高了可靠性，降低了系统的噪音和寄生振荡。第二节开关变换器的功率变换技术开关电源可以简单的认为是由功率级和控制电路组成，功率级为功率变换的主体，主要是通过开关器件和电感、电容等器件实现功率变换。主要特点是：通过调节开关器件的工作状态，来取得所希望的功率变换和一定的输出。开关电源的主要组成部分是开关型DC--DC变换器，它是整个