前言：想要寫(xiě)出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇功率器件范文，相信會(huì)為您的寫(xiě)作帶來(lái)幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫(xiě)作思路和靈感。

功率器件范文第1篇

大功率器件、模塊或超大規(guī)模集成電路在工作過(guò)程中有較大的損耗，產(chǎn)生大量的熱量使器件或模塊的溫度升高，若不采取冷卻措施，器件的管芯的溫度會(huì)超過(guò)硅片的結(jié)溫溫度(150℃左右)，管芯會(huì)因過(guò)熱而燒毀。因此，大功率器件、模塊、超大規(guī)模集成電路要根據(jù)其發(fā)熱的情況采取各種不同的冷卻措施以保證其安全工作。

近年來(lái)，不少大功率器件在封裝上由穿孔式改成貼片式，這使傳統(tǒng)的散熱、冷卻的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而開(kāi)發(fā)出不少新型冷卻裝置及新型溫度檢測(cè)及風(fēng)扇控制集成電路。這使電路工作更安全、減少噪聲及更節(jié)能。

本文介紹一些散熱器、冷卻風(fēng)扇及風(fēng)扇控制器集成電路的應(yīng)用。

器件的熱量產(chǎn)生

集成電路是由許多三極管、二極管及電阻等小元器件組成的。每一個(gè)小元器件在工作時(shí)都有一些損耗。例如，三極管在線性范圍工作時(shí)，其損耗為Vce×Ic；二極管在工作時(shí)，其損耗為VF×IF。這些損耗都轉(zhuǎn)化成熱量，是熱量產(chǎn)生的原因。

集成度低的IC，損耗小，發(fā)熱量不大。所產(chǎn)生的熱量還可以通過(guò)封裝材料或金屬引腳傳到空氣中和印制板的敷銅走線上，溫升不大，無(wú)須采用任何冷卻措施。

如果是超大規(guī)模集成電路，并且工作在很高頻率時(shí)，其損耗是很大的。如現(xiàn)代的高速臺(tái)式計(jì)算機(jī)或服務(wù)器的核心器件CPU，它在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使管芯溫度很快升到150℃以上，往往需要用帶有風(fēng)扇的專用散熱器來(lái)冷卻。如果在CPU上拿掉帶風(fēng)扇的專用散熱器，則CPU會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)冒煙、燒毀。

有一些大功率器件或模塊(如大功率運(yùn)算放大器、固態(tài)繼電器)，雖然其集成度不高，但若工作于高電壓、大電流狀態(tài)，其自身的功耗也是很大的，即使是大功率三極管、功率MOSFET或IGBT一類分立器件，如果在高頻率、高電壓、大電流工作條件下，也會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而需要采取合適的冷卻措施。

發(fā)熱與冷卻是一對(duì)矛盾。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡量選用功耗低的器件，但不可避免地還有不少會(huì)產(chǎn)生大量熱量的器件，則要進(jìn)行熱計(jì)算、設(shè)計(jì)散熱結(jié)構(gòu)。這往往會(huì)影響到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外形尺寸大小，其設(shè)計(jì)的好壞還會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)成本。

常用的冷卻措施

常用的冷卻措施有加散熱器、冷卻風(fēng)扇、熱電冷卻器、水冷卻器。它們的特點(diǎn)及應(yīng)用如表1所示。

在臺(tái)式電子設(shè)備中，應(yīng)用最廣的冷卻措施是散熱器和散熱器加冷卻風(fēng)扇。

散熱器及其應(yīng)用實(shí)例

這里將介紹一些散熱器及其應(yīng)用實(shí)例。

1．多個(gè)散熱器的應(yīng)用實(shí)例

在電子設(shè)備中往往有多個(gè)功率器件，其發(fā)熱量不同，往往采用不同尺寸、結(jié)構(gòu)的散熱器。圖1是一個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)中的開(kāi)關(guān)電源(輸入功率770W)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它有3個(gè)散熱器(1～3)。1上安裝了一個(gè)功率器件，而2、3上各安裝了3個(gè)功率器件。散熱器2的功率器件安裝情況如圖2所示。

由于該電源僅用散熱器尚不足達(dá)到散熱目的，還需采用冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的強(qiáng)氣流來(lái)加強(qiáng)散熱，如圖1上部所示(主要冷卻散熱器2)。

2．大型型材散熱器大型型材散熱器如圖3所示。上圖為輸出100W的AC／DC變換器，下圖為50W的AC／DC變換器。

3．小尺寸功率器件及小型功率模塊的散熱器

貼片式封裝尺寸要比同型號(hào)DIP封裝的尺寸小得多，不能像CPU一樣在頂部加一個(gè)小型散熱器(其散熱效果也不佳)。但不少貼片式功率器件在器件底部有的散熱墊(如圖4所示)，它與PCB的大面積地

線連接可達(dá)到散熱效果。有的器件用增加引腳的方式使熱量從引腳傳到印制板達(dá)到散熱的目的。為了更進(jìn)一步散熱，往往在PCB的底部加一塊鋁板或散熱器實(shí)現(xiàn)冷卻、散熱，如圖5所示。

冷卻風(fēng)扇

冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生強(qiáng)氣流將散熱器的熱量排出機(jī)箱以達(dá)到冷卻的目的。冷卻風(fēng)扇有交流或直流供電(交流為市電)，直流供電時(shí)有不同的工作電壓(如5V、9V、12V、24V等)，根據(jù)不同的氣流量其外型尺寸不同、耗電也不問(wèn)。

一般常用的是直流軸流型無(wú)刷電機(jī)組成的冷卻風(fēng)扇，其形狀為正方形，尺寸為16mm×16mm～120mm×120mm，其轉(zhuǎn)速?gòu)膸浊€(gè)rpm到上萬(wàn)rpm(小型磁懸浮軸承風(fēng)扇)，氣流量從零點(diǎn)幾個(gè)CFM到幾十個(gè)CFM。選擇風(fēng)扇時(shí)還要注意噪聲大小及工作壽命。

當(dāng)電子設(shè)備要求較大的氣流量時(shí)，則要選一臺(tái)大尺寸的風(fēng)扇，往往采用2-3臺(tái)小尺寸的風(fēng)扇來(lái)代替大尺寸風(fēng)扇，這樣可以減小機(jī)箱的高度尺寸。

近年來(lái)，冷卻風(fēng)扇也不斷地改進(jìn)。例如，為增加轉(zhuǎn)速、減小噪聲、提高壽命(風(fēng)扇損壞往往是軸承損壞開(kāi)始)，開(kāi)發(fā)了磁懸浮軸承的冷卻風(fēng)扇，小尺寸的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可達(dá)17000rpm。為適用于便攜式設(shè)備的冷卻，開(kāi)發(fā)出低功耗、超小型冷卻風(fēng)扇。如型號(hào)為F16EA的直流無(wú)刷冷卻風(fēng)扇，其尺寸為16mm×16mm×4mm，重1．3g，工作電壓3．3V，電流0．02A，氣流量為0．43CFM，其噪聲甚小，僅4dBa。適合于電池供電的便攜式設(shè)備用，其外形如圖6所示。

一種尺寸較大的San Acc 120直流冷卻風(fēng)扇，其工作電壓有12V、24V及48V三種，尺寸為120mm×120mm×38mm，在60℃溫度下平均壽命為40000小時(shí)，并有轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出，可輸入PWM信號(hào)對(duì)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這可減小噪聲、功耗，并可延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命。其風(fēng)扇外形如圖7所示。

溫度檢測(cè)與風(fēng)扇控制IC

早期的冷卻風(fēng)扇是沒(méi)有控制的，設(shè)備的電源一打開(kāi)，風(fēng)扇則全速運(yùn)行，不管功率器件是否是輕載還是重載或是空載，直到設(shè)備的電源關(guān)斷時(shí)，冷卻風(fēng)扇才停止工作。這樣電路是簡(jiǎn)單了，但風(fēng)扇的噪聲大、耗電大，并且風(fēng)扇的壽命短。

如果能測(cè)量功率器件的溫度，若其溫度不高，則風(fēng)扇可不工作；若溫度超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，風(fēng)扇工作；若能根據(jù)器件的溫度高低用PWM信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)速(調(diào)節(jié)氣流量)，使達(dá)到溫度高時(shí)轉(zhuǎn)速高，溫度低時(shí)轉(zhuǎn)速低，這是最佳的控制方式。另外，能檢測(cè)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，如風(fēng)扇有故障(如轉(zhuǎn)速下降或轉(zhuǎn)子卡死)，則需要系統(tǒng)斷電以防止功率器件過(guò)熱而損壞，這樣可更加安全。

近年來(lái)，開(kāi)發(fā)出很多溫度檢測(cè)及風(fēng)扇控制IC。這里僅舉一個(gè)簡(jiǎn)單的雙溫度開(kāi)關(guān)MAX6685，它可以檢測(cè)CPU或FPGA一類內(nèi)部有溫度傳感器的管芯溫度，并可由用戶設(shè)定風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)的低閾值溫度(超過(guò)低閾值溫度時(shí)，風(fēng)扇運(yùn)行)；另外，還有工廠設(shè)定的高閾值溫度(120℃或125℃)，若風(fēng)扇有故障停轉(zhuǎn)或減速，使管芯溫度超過(guò)高閾值溫度，給出信號(hào)可切斷系統(tǒng)電源以保證系統(tǒng)的安全。

圖8是MAX6685的應(yīng)用電路圖，功率器件可以是CPU、FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)或?qū)Ｓ肐C(內(nèi)部的三極管，利用發(fā)射極及基極組成一個(gè)PN結(jié)的二極管測(cè)溫傳感器，檢測(cè)管芯的溫度)。內(nèi)部的測(cè)溫二極管接在DXP及DXN端。S1、S2端為低閾值溫度設(shè)定端，現(xiàn)S1、S2接地(GND)，低閾值溫度為75℃。當(dāng)超過(guò)75℃時(shí)，TLOW端輸出高電平，外接N-MOSEFT導(dǎo)通，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)器件實(shí)行冷卻。若風(fēng)扇有故障，器件溫度升高到超過(guò)120℃或125℃時(shí)，THIGH輸出低電平，此信號(hào)使系統(tǒng)電源切斷，以保證系統(tǒng)的安全(THIGH內(nèi)部為開(kāi)漏結(jié)構(gòu))。

該器件型號(hào)后綴中有L時(shí)，其高閾值溫度為120℃；后綴后中有H時(shí)，其高閾值溫度為125℃。另外，型號(hào)的后綴中有40時(shí)，其低閾值溫度范圍為+40℃～+80℃；后綴中有75時(shí)，其低閾值溫度范圍為+75℃～+115℃。低閾值溫度由用戶設(shè)定，S1、S2的接法與設(shè)置的低閾值溫度值如表2所示。

功率器件范文第2篇

關(guān)鍵詞: P型擴(kuò)散區(qū)耗盡層;方塊電阻;CT解剖測(cè)量法

0 前言

目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)大電流﹑高反壓的硅半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)品,多采用N型硅單晶片為原材料,使用P型雜質(zhì)深擴(kuò)散的方法形成耐高壓的PN結(jié)。產(chǎn)品的耐壓理論計(jì)算,普遍采用N基區(qū)單邊突變結(jié)“耗盡層近似理論”,忽略了P區(qū)的耐壓,致使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差較大。

作者利用正負(fù)電荷等量相存的“電中性原理”,推導(dǎo)出了P型深擴(kuò)散區(qū)耗盡界面的位置;利用所謂“CT解剖測(cè)量”方法,確定P型耗盡層寬度;進(jìn)而計(jì)算出P型擴(kuò)散區(qū)的耐壓。

1 P型擴(kuò)散區(qū)耗盡層的理論推導(dǎo)

1.1 在反向雪崩電壓下,N區(qū)耗盡層的方塊電阻

式4中,Wn﹑Wp分別是N區(qū)和P區(qū)耗盡層厚度坐標(biāo),x是厚度的自變量。

既然N區(qū)耗盡層中的正電荷量與P型耗盡層中的負(fù)電荷量是相等的,而N區(qū)耗盡層的方塊電阻近似為3KΩ/,P區(qū)耗盡層的方塊電阻是否也近似為3KΩ/呢?答案是否定的。因?yàn)榘雽?dǎo)體的方塊電阻,既決定于半導(dǎo)體內(nèi)載流子的可動(dòng)電荷量,還決定于載流子的遷移率。在高純硅中,電子的遷移率為1360C㎡/(V·S),而空穴為495C㎡/(V·S)[3]。載流子的遷移率與半導(dǎo)體硅的電阻率成反比關(guān)系,故國(guó)內(nèi)硅半導(dǎo)體功率器件在反向雪崩電壓時(shí),P區(qū)耗盡層的方塊電阻近似為:Rp = 8KΩ/,其值可以根據(jù)實(shí)用硅片的電阻率參照表1進(jìn)行修正。這是本文的結(jié)論之一。

上述由P型雜質(zhì)深擴(kuò)散模型導(dǎo)出的結(jié)論,亦可用于PiN型結(jié)構(gòu)的硅半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)品。在PiN型結(jié)構(gòu)中,“耗盡層近似理論”“電中性原理”仍然有效,而這二點(diǎn)理論是導(dǎo)出本結(jié)論的理論依據(jù)。

1.3 在反向雪崩電壓下,P型擴(kuò)散區(qū)耗盡層

從PN結(jié)向P區(qū)方向取一薄層,隨著幾何寬厚度的增加,薄層內(nèi)所含雜質(zhì)原子數(shù)逐漸增多,薄層的方塊電阻逐漸減小。當(dāng)方塊電阻數(shù)值等于8KΩ/時(shí),該薄層就是:在反向雪崩電壓下,P區(qū)的耗盡層;該薄層處于P區(qū)的界面就是:在反向雪崩電壓下,P型深擴(kuò)散區(qū)耗盡層界面;該薄層的厚度就是:在反向雪崩電壓下,P型深擴(kuò)散區(qū)耗盡層的厚度。

Wp越大。國(guó)內(nèi)硅半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)品中的普通整流管,其Wp值約為5-10um;普通晶閘管的Wp值,約為20-40um。

上述方塊電阻的測(cè)量工藝方法,系筆者發(fā)明,由于所用精密儀器少,方法簡(jiǎn)便直觀,可多次測(cè)量求平均值等優(yōu)點(diǎn),被國(guó)內(nèi)硅半導(dǎo)體功率器件行業(yè)譽(yù)為“C T解剖測(cè)量法”。

3 P型擴(kuò)散區(qū)耗盡層的耐壓

參考文獻(xiàn):

[1]黃昆、韓汝琦,《半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)》,1979.

[2]徐傳驤,《高壓硅半導(dǎo)體器件耐壓與表面絕緣技術(shù)》,1985.

功率器件范文第3篇

關(guān)鍵詞：功率電子開(kāi)關(guān)器件， 晶閘管 ，晶體管

Abstract: this paper introduces the power switch power of the device development course, switching device principle and characteristics. In its analysis of the application of the electronic device, and the future development of the power electronic switching device was prospected.

Keywords: power electronic switching device, thyristor, transistor

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

功率電力開(kāi)關(guān)器件是電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電子技術(shù)發(fā)展的平臺(tái)。1958年美國(guó)通用電氣（CE）公司研制出第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管（SCR），它標(biāo)志著功率電子開(kāi)關(guān)技術(shù)的誕生。宣告了人類在電能變換和控制方面從旋轉(zhuǎn)的交流機(jī)組和靜止的離子變流器進(jìn)入了由電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成新型變流器時(shí)代。半導(dǎo)體業(yè)經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的研發(fā)至今已有四代功率電子開(kāi)關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世。第一代功率電子開(kāi)關(guān)產(chǎn)品主要是普通晶閘管及派生系列。第二代功率電子開(kāi)關(guān)器件主要有功率三極管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣門(mén)雙極型晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）和高壓集成電路等。第三代功率電子開(kāi)關(guān)器件是智能化產(chǎn)品。目前已有智能化絕緣門(mén)極雙極型晶體管，稱智能IGBT。第四代為溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT，目前已在試驗(yàn)中。有望在短的時(shí)間內(nèi)有系列產(chǎn)品出現(xiàn)。

半控制型功率電子開(kāi)關(guān)器件

半控制型功率電子開(kāi)關(guān)器件主要有普通晶閘管及其派生器件。普通晶閘管具有可控的單向?qū)щ娦?，即不但具有一般二極管的單向?qū)щ姷恼髯饔?，而且還可以對(duì)導(dǎo)通電流進(jìn)行控制。單向晶閘管是PNPN四層結(jié)構(gòu)，形成三個(gè)PN結(jié)，具有三個(gè)外電極?？傻刃镻NP、NPN兩個(gè)晶體管組成的復(fù)合管。目前的制造容量為：12KV/1KA和6.5KV/4KA。

光控晶閘管是通過(guò)光信號(hào)控制晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的器件，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力、良好的高壓絕緣性能和較高的瞬時(shí)過(guò)電壓承受能力，因而被廣泛地應(yīng)用于高壓直流輸電（HVDC）、靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC）等領(lǐng)域。目前容量水平為8KV/3.6KA。

非對(duì)稱晶閘管是一種正、反相電壓耐量不對(duì)稱的晶閘管，而逆導(dǎo)晶閘管是非對(duì)稱晶閘管的一種特例，是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。于普通晶閘管相比，它具有關(guān)斷時(shí)間短、正相壓降小、額定結(jié)溫高、高溫特性好等優(yōu)點(diǎn)。主要運(yùn)用于逆變器和整流器中。目前的容量制造水平3KV/0.9KA。

二、全控型功率電力開(kāi)關(guān)器件

全控型功率電力開(kāi)關(guān)器件有如下幾種產(chǎn)品：

1、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）。1964年美國(guó)第一次試驗(yàn)成功了0.5KV/0.01KA的GTO。因容量較小，當(dāng)時(shí)只用于汽車點(diǎn)火裝置和電視機(jī)行掃描電路。20世紀(jì)70年代后期GTO的研制取得了重大突破。相繼研制出1.3KV/0.6KA；2.5KV/1KA；4.5KV/2.4KA的產(chǎn)品。目前已達(dá)到9KV/2.5KA/0.8KHZ和6KV/6KA/1KHZ的水平。GTO有對(duì)稱、非對(duì)稱和逆向?qū)ㄈN類型。主要運(yùn)用于中等容量的牽引驅(qū)動(dòng)中。目前各類自關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件中GTO容量最大。它還在高壓領(lǐng)域占有一席之地。

2、大功率晶體管（GTR）。GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)電子開(kāi)關(guān)器件（又稱大林頓三極管），生產(chǎn)于上世紀(jì)70 年代。其額定值已達(dá)：1.8KV/0.8KA/2KHZ，1.4KV/0.6KA/5KHZ；0.6KV/0.3KA/100KHZ;它既具有晶體管的固有特性，又增大了功率容量。其優(yōu)點(diǎn)是它組成的電路靈活、成熟、開(kāi)關(guān)頻率較高。在電源、電機(jī)控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大，耐浪涌電流的能力差。易受二次擊穿而損壞。正逐步被MOSFET和IGB所代替。

3、功率場(chǎng)效應(yīng)管（功率MOSFET）。功率場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型單極晶體管。它是通過(guò)柵極電壓來(lái)控制漏極電流的。因而它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高（100KHZ）、為所有功率電子開(kāi)關(guān)器件中頻率之最。因而最適合應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱器等高頻場(chǎng)合。其缺點(diǎn)是電流容量較小、耐壓低、通態(tài)壓降大。目前制造水平在1KV/0.02KA/2000KHZ和0.06KV/0.2KA/2000KHZ。

三、復(fù)合型功率電力開(kāi)關(guān)器件

1、絕緣門(mén)極雙極型晶體管（IGBT）。IGBT是美國(guó)CE公司和RCA公司于1983年首先研制的。IGBT集GRT通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于功率MOSFET；卻高于GTR；通態(tài)壓降同GTR相近，但比功率MOSFET低的多；電流、電壓等級(jí)與GTR接近，而比功率MOSFET高。目前其生產(chǎn)水平已達(dá)到4.5KV/1KA。IR公司已生產(chǎn)出開(kāi)關(guān)頻率達(dá)150KHZ的WARP系列。IGBT近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于中等功率容量（600V以上）的UPS開(kāi)關(guān)電源及交流電機(jī)控制用PWM逆變器中。并正逐步替代GTR成為功率開(kāi)關(guān)器件的核心元件。

2、MOS控制晶閘管（MCT）。MCT最早是美國(guó)CE公司研制的，是由MOSFET與晶閘管復(fù)合而成的新型器件，每個(gè)MCT器件由成千上萬(wàn)的MCT元件組成。而每個(gè)元件又是由一個(gè)PNPN和一個(gè)控制MCT關(guān)斷的MOSFET組成。MCT工作于超擎住狀態(tài)，是一個(gè)真正的PNPN器件，其通態(tài)電阻低于其它場(chǎng)效應(yīng)器件。MCT既具有功率MOSFET輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)、又兼有晶閘管高電壓、大電流、低壓降的優(yōu)點(diǎn)。目前已制造出阻斷電壓高達(dá)4KV以上的MCT，在25A/1KV的串聯(lián)諧振器交換器中得到使用。

四、功率集成電路（PIC）

1、PIC是功率電子開(kāi)關(guān)器件技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。是機(jī)電一體化的關(guān)鍵接口元件。將功率器件及其驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、接口電路等電路集成在一個(gè)或幾個(gè)芯片上就制成了PIC。功率集成電路可分為高壓功率集成電路（HVIC）智能功率集成電路（SPIC）和智能功率模塊（IPM）。2、 HVIC是多個(gè)高壓器件與低壓模擬器件或邏輯電路在單片上的集成。由于它的功率器件是橫向的，電流容量較小、而控制電路的電流密度較大，故大多數(shù)用于小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，平板顯示驅(qū)動(dòng)及長(zhǎng)途電話通信電路等高電壓、小電流場(chǎng)合。3、SPIC是由一個(gè)或幾個(gè)縱向結(jié)構(gòu)的功率器件與控制和保護(hù)電路集成而成。電流容量大而耐壓能力差，適合作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽車功率開(kāi)關(guān)及調(diào)壓等。4、IPM除了集成功率器件和驅(qū)動(dòng)電流外，還集成了過(guò)電壓過(guò)電流過(guò)熱等故障監(jiān)測(cè)電路?？鞂⒈O(jiān)測(cè)信號(hào)傳給CPU以保證IPM自身安全。目前IPM中的功率器件一般由IGBT充當(dāng)。IPM體積小、可靠性高、使用方便。主要運(yùn)用于交流電機(jī)控制和家用電器。已有400V/55KW/20KHZ的IPM得到應(yīng)用。

五、結(jié)論

功率電力開(kāi)關(guān)器件地應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活以及國(guó)防等各個(gè)方面。實(shí)際地需要將極大地推動(dòng)新器件的創(chuàng)新。微電子技術(shù)和功率電力器件的結(jié)合，一些具有高載流子遷移率強(qiáng)的熱電傳導(dǎo)性以及寬帶隙的新型半導(dǎo)體材料如：砷化鎵、碳化硅、人造金剛石等材料有助于開(kāi)發(fā)新一代高結(jié)溫、高頻率、高動(dòng)態(tài)參數(shù)的器件。從結(jié)構(gòu)上看，功率電力開(kāi)關(guān)器件將向復(fù)合化、模塊化發(fā)展。從性能上看發(fā)展方向?qū)⑹翘岣呷萘亢凸ぷ黝l率，降低通態(tài)壓降，減小驅(qū)動(dòng)功率、改善動(dòng)態(tài)參數(shù)和多功能化。從應(yīng)用上看，MOSFET、IGBT、MCT是最具有發(fā)展前景的器件。GTO將繼續(xù)在超高壓大功率領(lǐng)域發(fā)揮作用；功率MOSFET在高頻、低壓、小功率領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。大電流普通晶閘管在高壓直流輸電和靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置中的作用會(huì)得到延續(xù)。而低壓普通晶閘管和GTR將逐步被功率MOSFET（600V以下）和IGBT（600V以上）所代替。MCT最具發(fā)展前途。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 菲利浦功率MOSFET 《世界電子元器件》[M] 2000

功率器件范文第4篇

關(guān)鍵詞：諧波；抑制技術(shù)；PWM

在公共電網(wǎng)的發(fā)展中，一直無(wú)法避免電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生，消除諧波成為該領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。在20世紀(jì)初期，靜止汞弧變流器被廣泛應(yīng)用，但它卻對(duì)電網(wǎng)電壓和電流波形產(chǎn)生了影響[1]，使其產(chǎn)生了畸變。直到20世紀(jì)中葉，伴隨著高壓直流輸電技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)了人們對(duì)整流器的研究與探索。

諧波源泛指在公用電網(wǎng)工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生諧波電壓或諧波電流的設(shè)備，通常是一非線性設(shè)備。

諧波的危害

在使用公用電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展初期，由于電力電子裝置的使用較少，產(chǎn)生的諧波污染也不多，所以并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。但隨著人們對(duì)電力的需求，以及該領(lǐng)域的迅速發(fā)展，各種電子設(shè)備在電網(wǎng)系統(tǒng)、商業(yè)部門(mén)和民間中投入使用，造成了許多設(shè)備故障和意外事故，使諧波污染的問(wèn)題變得不容忽視。

諧波所產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

1、降低用電效率。電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的諧波，會(huì)引起設(shè)備中的元器件發(fā)熱[4]，增加元器件的損耗。

2、減少設(shè)備使用周期。元器件發(fā)熱會(huì)加速設(shè)備老化，降低設(shè)備使用壽命。

3、產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振。諧波會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)和補(bǔ)償電容器之間產(chǎn)生諧振。

4、保護(hù)設(shè)施發(fā)生故障。諧波會(huì)造成保護(hù)設(shè)施做出錯(cuò)誤判斷，進(jìn)而引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。

5、測(cè)量設(shè)備不準(zhǔn)確。諧波會(huì)對(duì)測(cè)量工具產(chǎn)生干擾，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，這將影響測(cè)量人員的判斷[5]。

6、對(duì)周圍其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。諧波會(huì)影響到周遭設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

諧波抑制技術(shù)

在達(dá)到日常生活生產(chǎn)的前提下，還需要滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就需要降低電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波?，F(xiàn)階段對(duì)諧波的抑制手段主要分為兩類：一類是被動(dòng)對(duì)所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?，通常是在電子設(shè)備中加入相對(duì)獨(dú)立的濾波器等補(bǔ)償裝置，既能抑制設(shè)備所產(chǎn)生的諧波污染，又不對(duì)設(shè)備本身產(chǎn)生影響[7]。另一類是主動(dòng)改進(jìn)電力電子設(shè)備的方法，該方法主要是對(duì)設(shè)備本身的器件進(jìn)行升級(jí)，使之不再產(chǎn)生諧波。目前，在實(shí)際使用中，采用較多的諧波抑制技術(shù)有：

1、有源電力濾波器

2、有源功率因數(shù)校正技術(shù)

3、無(wú)源電力濾波器

4、PWM整流技術(shù)

在電力電子設(shè)備中，整流電路為逆變模塊和斬波模塊提供了直流穩(wěn)壓電源，此類電源通常首先是由二極管進(jìn)行整理，再經(jīng)過(guò)電容濾波后得到，由于有這些非線性器件存在，所以很難避免產(chǎn)生諧波以及無(wú)用功率的問(wèn)題[8]。

PWM整流技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于日益嚴(yán)重的諧波污染問(wèn)題有了革命性的轉(zhuǎn)折。PWM技術(shù)的原理，可以看作是依靠加入半導(dǎo)體器件，進(jìn)而完成對(duì)電壓的變頻變壓操作，從而達(dá)到理想中抑制諧波的目的，具體方法是利用二極管通斷的特性將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟úㄐ蔚碾妷好}沖序列。從二十世紀(jì)中期，研究人員首次將使用在通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用到逆變技術(shù)中，發(fā)展至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)制方式，其中具有代表性的是二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的空間矢量PWM（SVPWM）控制策略，它與之前的正弦波脈寬調(diào)制SPWM不同，其為了得到準(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而選用了轉(zhuǎn)換逆變器空間電壓矢量，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于取得更高效率的同時(shí)，還可以在較低的開(kāi)關(guān)頻率下進(jìn)行。

鑒于不同控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，再加之各種電子設(shè)備的普及化和民用化，使得消除諧波的需求刻不容緩，而統(tǒng)計(jì)表明，在所有的諧波污染中有四分之三是有整流設(shè)備帶來(lái)的，所以說(shuō)本課題關(guān)于高功率因數(shù)整流器及其控制策略的比較研究是很有實(shí)際意義的[2]。

國(guó)內(nèi)外PWM整流技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

自PWM整流技術(shù)的數(shù)學(xué)模型首次被建立以來(lái)，雖經(jīng)過(guò)許多研究人員的多年開(kāi)發(fā)與改進(jìn)，但其本質(zhì)并沒(méi)有大的改變，仍然是以R.Wu，S.B.Dewan等人在a、b、c三相坐標(biāo)系中所建立的PWM整流器模型，后人在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行了改進(jìn)，Chun.T.Rim和Dong.Y. Hu等人對(duì)原始數(shù)學(xué)模型進(jìn)行坐標(biāo)變換，進(jìn)而在、坐標(biāo)系中建立等效模型，并對(duì)PWM整流器進(jìn)行了狀態(tài)分析。Hengchun Mao等人進(jìn)一步對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了降階小信號(hào)模型。

主流的PWM整流器分類方法是將其分為電壓型PWM整流器和電流型PWM整流器兩大類，也按照其他分類方法將PWM整流器進(jìn)行歸類，例如按PWM開(kāi)關(guān)的調(diào)制方式，可分為軟開(kāi)關(guān)調(diào)制PWM整流器和硬開(kāi)關(guān)PWM整流器；按調(diào)制電平的相位數(shù)，可分為二電平PWM整流器、三電平PWM整流器和多電平PWM整流器等。雖然PWM整流器較以往的整流技術(shù)具有精度準(zhǔn)，特性強(qiáng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中卻建設(shè)成本和復(fù)雜度較高，使其很難在一些小眾場(chǎng)合中應(yīng)用。在一些需要大功率整流設(shè)備的場(chǎng)合中，例如電鍍行業(yè)、氧化行業(yè)等大中型企業(yè)，尤其是在需要將能力進(jìn)行雙向傳導(dǎo)時(shí)，其具有十分巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。伴隨著其他領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，也促使PWM整流器向著多功能化、智能化、高頻化、電路弱電化以及數(shù)字化方向發(fā)展，新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新的控制策略再也不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)[12]。

電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型

在通常情況下，分析和研究PWM整流器的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性時(shí)，研究人員經(jīng)常選取的方法就是建立與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在本節(jié)中，將講述如何建立三相靜止坐標(biāo)系（a，b，c）、兩相靜止垂直坐標(biāo)系（α，β），以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d，q）中的PWM整流器的數(shù)學(xué)模型。

PWM整流器數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在多變量、強(qiáng)耦合、非線性等高階系統(tǒng)中，需要對(duì)其的電壓和頻率分別進(jìn)行控制，這就必須要有對(duì)電壓和頻率單獨(dú)輸入變量，對(duì)于該系統(tǒng)的分析和仿真是一個(gè)相對(duì)較為困難的階段。在實(shí)際情況下，研究人員應(yīng)該在數(shù)學(xué)模型里給定各個(gè)變量的變化范圍，從而是得整個(gè)結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，進(jìn)而減少系統(tǒng)的階數(shù)，便于計(jì)算。在PWM整流器的數(shù)學(xué)模型中，我們常常選用的是低頻信號(hào)，這使得我們需要避免與高頻諧波的開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的參數(shù)[14]。根據(jù)整流器的低頻模型，我們可以得到整流器的矢量結(jié)果，并可以很好地證明整流器的運(yùn)行機(jī)制和物理量的邏輯。脈寬調(diào)制整流器的開(kāi)關(guān)頻率大大超過(guò)了電力系統(tǒng)的基本頻率，可以是脈寬調(diào)制整流器的一部分，從而簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)，只考慮低頻分量，導(dǎo)致低頻率模型。低頻模型非常適合于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可直接用于控制器的設(shè)計(jì)。然而，由于該模型，對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程中的高頻分量被忽略，所以無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)波形的仿真精度的研究。

基于開(kāi)關(guān)函數(shù)，構(gòu)造了一種符合于PWM整流器的高頻數(shù)學(xué)模型。然而，高頻的數(shù)學(xué)模型中包括的開(kāi)關(guān)過(guò)程中的高頻分量，想要再利用其去建立控制器是幾乎無(wú)法完成的。

參考文獻(xiàn)

[1] 何新霞.電壓型PWM可逆整流器建模與系統(tǒng)仿真[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（3）：93-95.

功率器件范文第5篇

關(guān)鍵詞： 激光器 功率特性 多通道 測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

激光器誕生已有幾十年的歷史，而且已廣泛運(yùn)用。1966年氣動(dòng)CO2激光器誕生了，從此CO2激光器受到了極大的關(guān)注。由于激光技術(shù)中氣動(dòng)技術(shù)的引進(jìn)，CO2激光器開(kāi)辟了廣闊的運(yùn)用前景。伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，世界各國(guó)的激光技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，二氧化碳激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光，它發(fā)展較早，商業(yè)產(chǎn)品較為成熟，被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán)境量測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。

低功率CO2激光器到目前為止沒(méi)有行業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前低功率CO2激光器還沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，只有中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)出的JB/T 10785-2007《大功率橫流連續(xù)波二氧化碳激光器》，但該標(biāo)準(zhǔn)適用于直流電激勵(lì)且電場(chǎng)方向、氣體流向、光束輸出方向三軸相互正交，輸出多模激光功率為1000W～10000W邊疆的二氧化碳激光器。另外還有JB/T 9490-2013《二氧化碳激光器 主要參數(shù)測(cè)試方法》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于二氧化碳激光器常用光電參數(shù)的測(cè)試方法，但都不是針對(duì)激光功率特性相關(guān)的檢測(cè)方法。

沒(méi)有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有專用檢測(cè)設(shè)備開(kāi)展質(zhì)量檢測(cè)。目前，用于雕版機(jī)、雕刻機(jī)、切割機(jī)的激光管和用于裁剪機(jī)的玻璃激光管，其工作波長(zhǎng)為10.6μm連續(xù)波工作的二氧化碳激光器，沒(méi)有專門(mén)適用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)。所以造成這些激光器在出廠前無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，激光器采購(gòu)商也無(wú)法對(duì)產(chǎn)品合格與否進(jìn)行檢測(cè)。但也有業(yè)內(nèi)一些大型采購(gòu)商迫于無(wú)奈，已自己定義編制了一套產(chǎn)品入產(chǎn)檢驗(yàn)細(xì)則，對(duì)激光器功率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，但根據(jù)這些檢驗(yàn)細(xì)則，一是還有部分項(xiàng)目雖然有制定方法，但由于缺乏專業(yè)設(shè)備還是無(wú)法開(kāi)展檢測(cè)，二是檢測(cè)這些項(xiàng)目企業(yè)需要投入大量人力去手工檢驗(yàn)，而且檢測(cè)準(zhǔn)確性不高。

激光器是激光設(shè)備的核心部件，長(zhǎng)久以來(lái)，激光器核心技術(shù)被國(guó)外企業(yè)所壟斷，激光器參數(shù)配套檢測(cè)裝置的研究與開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)更加少，大部分激光設(shè)備及其激光器在應(yīng)用時(shí)都無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，影響了激光設(shè)備功能的正常發(fā)揮，因此，研究開(kāi)發(fā)激光器參數(shù)智能檢測(cè)裝置及其測(cè)試方法，應(yīng)用于激光器和激光設(shè)備顯得尤為迫切。所以需要提供一套面向多對(duì)象的高精度、低成本、多通道、快速檢測(cè)的激光器功率特性測(cè)試儀，是行業(yè)的急切需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

二氧化碳激光器功率特性智能測(cè)試儀是激光器及激光設(shè)備功率特性測(cè)試設(shè)備，屬光機(jī)電一體化技術(shù)范疇，其主要有控制系統(tǒng)部分和機(jī)械部分組成。測(cè)試裝置硬件及軟件是整個(gè)測(cè)試儀性能發(fā)揮的基礎(chǔ)，良好的硬件組合與智能化的軟件程序可以使得測(cè)試儀發(fā)揮更佳的效益，通過(guò)對(duì)測(cè)試裝置硬件系統(tǒng)進(jìn)行了重新布局與優(yōu)化，編制了對(duì)應(yīng)軟件程序，提高測(cè)試裝置的響應(yīng)速度與測(cè)試精度。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)硬件分配及關(guān)系如圖1和圖2所示。

2.2 多通道檢測(cè)的研究

多通道檢測(cè)是激光功率特性測(cè)試發(fā)展的必然趨勢(shì)，一一檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于檢測(cè)效率的提升，項(xiàng)目開(kāi)展多通道檢測(cè)研究，使得測(cè)試裝置可以同時(shí)開(kāi)展多路檢測(cè)，提高了檢測(cè)的效率，并且可以根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果對(duì)有邏輯關(guān)系的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算，確保整個(gè)測(cè)試過(guò)程具有較高的智能化水平。

2.3 激光器功率特性測(cè)試方法的自動(dòng)化檢測(cè)

同時(shí)多路開(kāi)展檢測(cè)工作，并且采用程序化設(shè)定，自動(dòng)的對(duì)閥值功率、閥值電壓、功率曲線、功率穩(wěn)定度、電流穩(wěn)定度、功率電流特性等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)后臺(tái)處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，給出合格與否的判定，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)智慧檢測(cè)。

2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1程序化智能控制電源2觸摸屏3便攜機(jī)箱4功率探測(cè)器5激光6支架7支架底座8多通道安裝平臺(tái)

3 應(yīng)用前景

系統(tǒng)可以作為檢測(cè)部門(mén)確定二氧化碳激光器質(zhì)量好壞的主要檢測(cè)方法依據(jù)。同時(shí)能自動(dòng)快速的對(duì)二氧化碳激光器進(jìn)行功率特性進(jìn)行檢測(cè)，響應(yīng)政府“機(jī)器換人”號(hào)召，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了人工成本。生產(chǎn)廠家使用本產(chǎn)品在線檢測(cè)，及時(shí)過(guò)程控制，降低次品率。作為采購(gòu)二氧化碳激光器的用戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)把關(guān)的依據(jù)。作為二氧化碳激光器研發(fā)提升的指導(dǎo)性依據(jù)。本系統(tǒng)所涉及的檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢測(cè)方法，將來(lái)可以提升為聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)乃至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“機(jī)代人”，大幅度節(jié)約勞動(dòng)力成本，進(jìn)一步貫徹落實(shí)了《關(guān)于2014年加快推進(jìn)“機(jī)器換人”工作的實(shí)施意見(jiàn)》（浙經(jīng)信投資〔2014〕78號(hào)），加快推進(jìn)機(jī)器換人步伐，解決企業(yè)日益嚴(yán)峻的“招工難”、“用工貴”問(wèn)題，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)制造、智能制造、綠色制造和安全制造。

參考文獻(xiàn)：

[1] 浙經(jīng)信投資〔2014〕78號(hào).《關(guān)于2014年加快推進(jìn)“機(jī)器換人”工作的實(shí)施意見(jiàn)》.

[2] 李適民.激光器件原理與設(shè)計(jì).北京：國(guó)防工業(yè)出版社。1998：220―2=56.

[3] 楊照金，王雷.激光功率和能量計(jì)量技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].應(yīng)用光學(xué)，2004，25（3）：1-4.