功率器件技术与电源技术的现状和发展

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1、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

2、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

3、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—8000HZ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

4、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

5、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――静电感应晶体管其关断时间典型值为.us应用于小功率高频率的整机整机工作频率可达――绝缘栅双极晶体管其典型关断时间只有.us整机功率可达但的正向压降较高所以在低频大功率电源应用中并不占优势――控制晶闸管其关断时间为.us正向压降低串并联容易无疑在未来这种器件会在中高频电源的逆变技术中发挥2其应有的作用.电化学和电

6、热用电源电化学在工业上的应用z水溶液电解制取金属如金银铜锌锡铅等z水溶液电解制取非金属电解食盐水如氯氢等z熔融盐电解制取金属如铝钛镁钠钾等z电热化学制取非金属如黄磷石墨电极碳化钙等z电热化学制取金属如铁,钢铁合金等z表面电解加工与处理如电镀等z界面电化学如电泳电渗析等电化学和电热用电源一般电流较大主回路采用双反星形带平衡电抗器同相逆并联结构或桥式同相逆并联结构每个支臂由多只大功率晶闸管或二极管并联元件的正向压降要接近但要特别注意机械结构与支路电感影响元件均流3.焊接电源焊接电源的主电路形式是随着电力电子及其他相关技术的发展而发展的大致经历了

7、弧焊发电机磁放大器式硅整流焊接电源晶闸管整流焊接电源晶闸管逆变焊接电源晶体管逆变焊接电源和IGBT逆变焊接电源等阶段3.1弧焊发电机及磁放大器式硅整流电源弧焊发电机及磁放大器式硅整流电源其主电路使用的是弧焊发电机抽头式和磁放大式硅整流电源3.2晶闸管焊接电源z晶闸管整流焊接电源其主电路采用了带平衡电抗器的六相双反星形可控整流电路和三相全控桥整流电路3z开关移相式晶闸管焊接电源反并联晶闸管组或双向晶闸管工作于开关或移相状态以控制电焊机电流的大小和开通时间z电容储能式晶闸管焊机该焊机的主回路分为充电回路和桥式放电回路,由全控桥或半控桥组成充电回

8、路四只晶闸管组成桥式放电回路以防变压器磁化晶闸管焊接电源与弧焊发电机相比具有效率高噪声小动态性能好的特点与抽头式变压器硅整流电源相比焊接参数实现了无级调节可满足精度较高的焊接需要