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電力電子器件

電力電子器件(Power Electronic Device)又稱為功率半導(dǎo)體器件,用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安,電壓為數(shù)百伏以上)電子器件.又稱功率電子器件.20世紀(jì)50年代,電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管.60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管,因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快,而在電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用.70年代初期,已逐步取代了汞弧閘流管.80年代,普通晶閘管的開(kāi)關(guān)電流已達(dá)數(shù)千安,能承受的正、反向工作電壓達(dá)數(shù)千伏.在此基礎(chǔ)上,為適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展的需要,又開(kāi)發(fā)出門極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等一系列派生器件,以及單極型MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件.
  各種電力電子器件均具有導(dǎo)通和阻斷兩種工作特性.功率二極管是二端(陰極和陽(yáng)極)器件,其器件電流由伏安特性決定,除了改變加在二端間的電壓外,無(wú)法控制其陽(yáng)極電流,故稱不可控器件.普通晶閘管是三端器件,其門極信號(hào)能控制元件的導(dǎo)通,但不能控制其關(guān)斷,稱半控型器件.可關(guān)斷晶閘管、功率晶體管等器件,其門極信號(hào)既能控制器件的導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,稱全控型器件.后兩類器件控制靈活,電路簡(jiǎn)單,開(kāi)關(guān)速度快,廣泛應(yīng)用于整流、逆變、斬波電路中,是電動(dòng)機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、感應(yīng)加熱、電鍍、電解電源、直接輸電等電力電子裝置中的核心部件.這些器件構(gòu)成裝置不僅體積小、工作可靠,而且節(jié)能效果十分明顯(一般可節(jié)電10%~40%).
  單個(gè)電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的,能通過(guò)的電流大小也是一定的.因此,由單個(gè)電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制.所以,在實(shí)用中多用幾個(gè)電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件,其耐壓和通流的能力可以成倍地提高,從而可極大地增加電力電子裝置的容量.器件串聯(lián)時(shí),希望各元件能承受同樣的正、反向電壓;并聯(lián)時(shí)則希望各元件能分擔(dān)同樣的電流.但由于器件的個(gè)異性,串、并聯(lián)時(shí),各器件并不能完全均勻地分擔(dān)電壓和電流.所以,在電力電子器件串聯(lián)時(shí),要采取均壓措施;在并聯(lián)時(shí),要采取均流措施.
  電力電子器件工作時(shí),會(huì)因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫.器件溫度過(guò)高將縮短壽命,甚至燒毀,這是限制電力電子器件電流、電壓容量的主要原因.為此,必須考慮器件的冷卻問(wèn)題.常用冷卻方式有自冷式、風(fēng)冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸發(fā)冷卻式等.
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2007-06-14 14:09
That’s right.
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2007-06-14 14:39
@青春之歌
That’sright.
thank you encourage me ,what do you say to everyone?
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2007-06-14 15:04
@雪山無(wú)痕
thankyouencourageme,whatdoyousaytoeveryone?
you are so smart.
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2007-06-14 15:10
@青春之歌
youaresosmart.
thank you cry up again !!!
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powermana
LV.2
6
2007-06-15 15:04
斗膽接力雪山無(wú)痕,勿見(jiàn)怪:
從工作原理上看,傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件可以分為兩類:GTO、功率BJT等雙極型器件為一類,VDMOS、功率JEFT等單極型器件為另一類.
功率BJT的導(dǎo)通電阻小,正向?qū)〞r(shí)的通態(tài)損耗很小,且適合于工作在大電流條件下,但功率BJT有如下缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)速度慢,高頻開(kāi)關(guān)損耗大;驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜;電流具有正溫度系數(shù)特性,易發(fā)生二次擊穿.由于這些缺點(diǎn)的存在,使得它不能成為一種理想的高頻電力電子器件.
與之相對(duì)應(yīng),VDMOS具有開(kāi)關(guān)速度高(可達(dá)兆赫茲以上)、電壓驅(qū)動(dòng)、負(fù)電流溫度系數(shù)、不存在二次擊穿等優(yōu)點(diǎn),但是它的導(dǎo)通電阻Ron太大,且隨著器件耐壓的增大而急劇增加,高的導(dǎo)通電阻必然導(dǎo)致高的通態(tài)損耗.因此,VDMOS器件只適用于低壓(一般為300V以下)應(yīng)用,不適合制作高壓器件.
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powermana
LV.2
7
2007-06-15 15:55
由于IGBT融合了MOS器件柵驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單和雙極型器件通態(tài)壓降低等優(yōu)點(diǎn),其功率處理能力和工作頻率的折中遠(yuǎn)優(yōu)于其它功率半導(dǎo)體器件,長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用于各種功率變換和功率控制過(guò)程.近年來(lái),IGBT的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)由傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)、機(jī)車牽引和電力系統(tǒng),延伸到了通訊電子、汽車電子、消費(fèi)電子甚至白色家電等工業(yè)領(lǐng)域.據(jù)權(quán)威市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)IC Insights預(yù)測(cè),到2010年IGBT分立器件的全球市場(chǎng)銷售額將達(dá)到6億美元,IGBT模塊的全球市場(chǎng)銷售額將達(dá)到18億美元.
在100KHz開(kāi)關(guān)頻率以下,容量在10A&600V以上,IGBT可以高效率、安全可靠地應(yīng)用于高頻大功率場(chǎng)合.
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powermana
LV.2
8
2007-06-15 15:57
在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中,為了增大電流容量常常需要并聯(lián)使用數(shù)支IGBT.顯然,如果器件具有通態(tài)壓降正溫度系數(shù),有利于電流密度自動(dòng)均勻分布,可以安全可靠地實(shí)現(xiàn)并聯(lián).然而,對(duì)于通態(tài)壓降負(fù)溫度系數(shù)(即電流正溫度系數(shù))的IGBT,隨溫度上升可能出現(xiàn)分流不均的現(xiàn)象,將電流集中到一支或某幾支管子上,導(dǎo)致單管電流或者小于預(yù)期值或者遠(yuǎn)大于額定值.后一種情況甚至?xí)l(fā)熱電反饋,造成器件失效乃至燒毀爆炸,嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性.
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2007-06-15 17:04
@powermana
在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中,為了增大電流容量常常需要并聯(lián)使用數(shù)支IGBT.顯然,如果器件具有通態(tài)壓降正溫度系數(shù),有利于電流密度自動(dòng)均勻分布,可以安全可靠地實(shí)現(xiàn)并聯(lián).然而,對(duì)于通態(tài)壓降負(fù)溫度系數(shù)(即電流正溫度系數(shù))的IGBT,隨溫度上升可能出現(xiàn)分流不均的現(xiàn)象,將電流集中到一支或某幾支管子上,導(dǎo)致單管電流或者小于預(yù)期值或者遠(yuǎn)大于額定值.后一種情況甚至?xí)l(fā)熱電反饋,造成器件失效乃至燒毀爆炸,嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性.
支持大蝦相助!!!!!!
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powermana
LV.2
10
2007-06-18 15:11
@雪山無(wú)痕
支持大蝦相助!!!!!!
承蒙“雪山無(wú)痕 ”抬舉.
只是來(lái)這兒和大家交流交流、學(xué)習(xí)學(xué)習(xí).

IGBT毫無(wú)疑問(wèn)在很多個(gè)領(lǐng)域完全取代了GTA、SCR,除了
少數(shù)小功率超高頻率仍需功率MOSFET外,它絕對(duì)是電力
電子行業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的首選.
也許,各位搞應(yīng)用的大俠們?cè)诙ǚ桨笗r(shí)應(yīng)該首先考慮IGBT,
特別是使用INFINEON芯片的IGBT(全球每3片/塊IGBT就
有一片/塊采用的是INFINEON的芯片).
這種芯片確實(shí)牛.通態(tài)特性、頻率特性和溫度特性同時(shí)達(dá)到
很好的折中.
對(duì)于象我一樣入行不久的,如果想深入了解目前商品化了的
IGBT,推薦:
引人注目的新型IGBT:NPT-IGBT   周文定  “電焊機(jī)”
2000 No.4 P.36-39 下載了看看就知道目前面對(duì)林林總總
的IGBT該選哪個(gè)了.
特別提醒大家,溫度特性非常關(guān)鍵.
好多次就發(fā)生了IGBT并聯(lián)后爆了.一定要選好哦.
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2007-06-18 15:54
@powermana
承蒙“雪山無(wú)痕”抬舉.只是來(lái)這兒和大家交流交流、學(xué)習(xí)學(xué)習(xí).IGBT毫無(wú)疑問(wèn)在很多個(gè)領(lǐng)域完全取代了GTA、SCR,除了少數(shù)小功率超高頻率仍需功率MOSFET外,它絕對(duì)是電力電子行業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的首選.也許,各位搞應(yīng)用的大俠們?cè)诙ǚ桨笗r(shí)應(yīng)該首先考慮IGBT,特別是使用INFINEON芯片的IGBT(全球每3片/塊IGBT就有一片/塊采用的是INFINEON的芯片).這種芯片確實(shí)牛.通態(tài)特性、頻率特性和溫度特性同時(shí)達(dá)到很好的折中.對(duì)于象我一樣入行不久的,如果想深入了解目前商品化了的IGBT,推薦:引人注目的新型IGBT:NPT-IGBT  周文定  “電焊機(jī)”2000No.4P.36-39下載了看看就知道目前面對(duì)林林總總的IGBT該選哪個(gè)了.特別提醒大家,溫度特性非常關(guān)鍵.好多次就發(fā)生了IGBT并聯(lián)后爆了.一定要選好哦.
呵呵!!!一看就是實(shí)踐過(guò)的
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powermana
LV.2
12
2007-06-19 11:44
@雪山無(wú)痕
呵呵!!!一看就是實(shí)踐過(guò)的
也沒(méi)有怎么滴.
就是從研發(fā)角度,看到不少誤選誤用器件的,所以想在技術(shù)論壇里
多和大家交流交流.
大家辛苦搞出來(lái)的方案不能被器件毀了啊.
強(qiáng)烈建議搞研發(fā)的和元件供應(yīng)商的FAE多多溝通(他們也很歡迎,
他們也愿意收集來(lái)自客戶的反饋),少走彎路.特別是少炸管子哦.
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2007-06-19 11:50
@powermana
也沒(méi)有怎么滴.就是從研發(fā)角度,看到不少誤選誤用器件的,所以想在技術(shù)論壇里多和大家交流交流.大家辛苦搞出來(lái)的方案不能被器件毀了啊.強(qiáng)烈建議搞研發(fā)的和元件供應(yīng)商的FAE多多溝通(他們也很歡迎,他們也愿意收集來(lái)自客戶的反饋),少走彎路.特別是少炸管子哦.
恩,不錯(cuò)的想法!!!
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2007-06-19 11:56
@powermana
也沒(méi)有怎么滴.就是從研發(fā)角度,看到不少誤選誤用器件的,所以想在技術(shù)論壇里多和大家交流交流.大家辛苦搞出來(lái)的方案不能被器件毀了啊.強(qiáng)烈建議搞研發(fā)的和元件供應(yīng)商的FAE多多溝通(他們也很歡迎,他們也愿意收集來(lái)自客戶的反饋),少走彎路.特別是少炸管子哦.
IGBT壓降正溫度和壓降負(fù)溫度是人為可以選擇的吧,你的講解更利于理解了,并聯(lián)時(shí)最好用壓降正溫度的,是吧?
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powermana
LV.2
15
2007-06-19 18:25
@雪山無(wú)痕
IGBT壓降正溫度和壓降負(fù)溫度是人為可以選擇的吧,你的講解更利于理解了,并聯(lián)時(shí)最好用壓降正溫度的,是吧?
是的.只要是采用了infineon第二代和第三代芯片的IGBT module/discrete,都是電壓正溫度悉數(shù),可以放心地考慮并聯(lián)方案.我提到過(guò),目前市面上有多家企業(yè)在應(yīng)用英飛凌的芯片.
關(guān)于溫度特性的原因和影響,除了看看我推薦的文章,還可以在IR網(wǎng)站上查查,有篇AN談到了IGBT溫度特性及其影響.羅嗦第二遍了,溫度
特性非常重要.是個(gè)器件它總要發(fā)熱的,熱了結(jié)溫就要升高,結(jié)溫升高
器件內(nèi)部的電流電壓就要變化(散熱大家做得差不太多,這時(shí)候就看溫度特性的了);特別是在高頻工作下,infineon的芯片可以實(shí)現(xiàn)拖尾電流僅小幅增加,這樣不單是高溫功耗增加不大,更重要的是避免了熱電反饋.
很多時(shí)候,模塊還沒(méi)工作到正常水平就燒了,有這種分流不均的可能.
去年坊間流傳有幾個(gè)品牌就在這兒出了問(wèn)題.

最近,有人反映一種IGBT module燒了的情形:驅(qū)動(dòng)電阻沒(méi)選合適.
這倒是大家討論了很多遍了,有料可找.建議大家問(wèn)原廠或分銷商的
FAE要相關(guān)參數(shù).EUPEC給的挺詳細(xì)的.

反正,IGBT這個(gè)東西,不像SCR大家用了很多年,該出的問(wèn)題都出了,
該解決的也解決了.但是,它將來(lái)一定是主流.不管我們需要花多少
功夫來(lái)琢磨它也是值得的.(很多企業(yè)現(xiàn)在高薪招有經(jīng)驗(yàn)的IGBT設(shè)計(jì)人員,就是希望少走彎路)錢景無(wú)限啊.

言多了.不對(duì)的地方大家討論嘍.
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powermana
LV.2
16
2007-06-19 18:28
@雪山無(wú)痕
IGBT壓降正溫度和壓降負(fù)溫度是人為可以選擇的吧,你的講解更利于理解了,并聯(lián)時(shí)最好用壓降正溫度的,是吧?
補(bǔ)充一句:并聯(lián)時(shí)不是最好用正溫度系數(shù)的,是一定要用.
不然后續(xù)問(wèn)題多得不可想象.可能你在那兒波形分析了半天,
盯著故障和奇異現(xiàn)象,卻不知道自己在一開(kāi)始就走了彎路,
選了溫度特性不適合的device.
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2007-07-03 13:54
@powermana
補(bǔ)充一句:并聯(lián)時(shí)不是最好用正溫度系數(shù)的,是一定要用.不然后續(xù)問(wèn)題多得不可想象.可能你在那兒波形分析了半天,盯著故障和奇異現(xiàn)象,卻不知道自己在一開(kāi)始就走了彎路,選了溫度特性不適合的device.
IGBT,,,,我目前正在建立這個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái),取代傳統(tǒng)的MOS+驅(qū)動(dòng)IC分立式,,,
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esteven
LV.3
18
2007-07-13 19:49
@powermana
補(bǔ)充一句:并聯(lián)時(shí)不是最好用正溫度系數(shù)的,是一定要用.不然后續(xù)問(wèn)題多得不可想象.可能你在那兒波形分析了半天,盯著故障和奇異現(xiàn)象,卻不知道自己在一開(kāi)始就走了彎路,選了溫度特性不適合的device.
完全認(rèn)同,高手!基于NPT技術(shù)的正溫度系數(shù)的產(chǎn)品,并聯(lián)時(shí)好用得多!頂
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2007-07-21 15:18
@powermana
補(bǔ)充一句:并聯(lián)時(shí)不是最好用正溫度系數(shù)的,是一定要用.不然后續(xù)問(wèn)題多得不可想象.可能你在那兒波形分析了半天,盯著故障和奇異現(xiàn)象,卻不知道自己在一開(kāi)始就走了彎路,選了溫度特性不適合的device.
請(qǐng)教你兩問(wèn)題:
1.“負(fù)溫度系數(shù)”可以理解,而“電流正溫度系數(shù)”怎樣理解?可否詳述.
2.IGBT的最高結(jié)溫是150,他的通態(tài)壓降由兩部分組成:一個(gè)是PN結(jié)的正向壓降,另一個(gè)是MOSFET的導(dǎo)通壓降,MOSFET的導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù),而PN結(jié)為負(fù)溫度系數(shù).那怎樣才使得正溫度系數(shù)占主導(dǎo)地位?

請(qǐng)賜教,謝謝!
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442723178
LV.1
20
2007-07-23 22:18
@西風(fēng)胡楊
請(qǐng)教你兩問(wèn)題:1.“負(fù)溫度系數(shù)”可以理解,而“電流正溫度系數(shù)”怎樣理解?可否詳述.2.IGBT的最高結(jié)溫是150,他的通態(tài)壓降由兩部分組成:一個(gè)是PN結(jié)的正向壓降,另一個(gè)是MOSFET的導(dǎo)通壓降,MOSFET的導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù),而PN結(jié)為負(fù)溫度系數(shù).那怎樣才使得正溫度系數(shù)占主導(dǎo)地位?請(qǐng)賜教,謝謝!
請(qǐng)問(wèn)那位同志知道可控硅BT33的參數(shù)是怎么樣的?????????????????????????
多謝!!!!!!!!!
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everobust
LV.1
21
2007-08-08 13:37
@442723178
請(qǐng)問(wèn)那位同志知道可控硅BT33的參數(shù)是怎么樣的?????????????????????????多謝!!!!!!!!!
電力電子器件分三類,
1、雙極性器件,包括GTO(門極可關(guān)斷晶閘管).SCR(晶閘管) GTR(大功率晶體管),SITH,快恢復(fù)二極管等,即參與導(dǎo)電粒子有,多子和少子(空穴和電子),正是因?yàn)閮煞N載流子參與導(dǎo)電過(guò)程,器件的關(guān)斷過(guò)程需要一定時(shí)間的中和過(guò)程,但是同時(shí)也因?yàn)閮煞N載流子參與導(dǎo)電,則器件的導(dǎo)通壓降很小(電導(dǎo)調(diào)制原理)
2、單極性器件:包括MOS(功率MOS) SIT(這個(gè)器件的名稱記不太清) 肖特基二極管等,即參與導(dǎo)電粒子僅有一種.器件的導(dǎo)通關(guān)斷速度快,不存在載流子的中和過(guò)程.具體可參考MOS的導(dǎo)通原理由于器件大多制成VDMOS 或VVMOS,器件的導(dǎo)通電阻通常很大,一般隨器件的耐壓增加而增加.但MOS器件的導(dǎo)通電組具有正的溫度系數(shù),非常適合于器件并聯(lián)使用
3、為了綜合以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),推出了著名的混合型器件,(一般是單極性器件控制雙極性器件)比如:IGCT IGBT(MOS控制GTR) MCT(已停產(chǎn),但原有認(rèn)為是最有發(fā)展前途的一種器件,MOS控制GTO)
.器件一般具有導(dǎo)通壓降小(電導(dǎo)調(diào)制),開(kāi)通時(shí)間短(MOS控制),但因其具有一定的雙極性器件的缺點(diǎn),往往具有很大的脫尾電流比方IGBT,另外IGBT的擎柱效應(yīng)也比較明顯,尤其是動(dòng)態(tài)的擎柱效應(yīng),使用時(shí)需加以考慮.
當(dāng)然,并不是說(shuō)IGBT的使用受限,在移項(xiàng)全橋的軟開(kāi)關(guān)中就有效的利用了IGBT的脫尾效應(yīng).解決一定的問(wèn)題.有興趣可以開(kāi)一下《王聰?shù)能涢_(kāi)關(guān)那本書》
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2007-08-10 10:15
@everobust
電力電子器件分三類,1、雙極性器件,包括GTO(門極可關(guān)斷晶閘管).SCR(晶閘管)GTR(大功率晶體管),SITH,快恢復(fù)二極管等,即參與導(dǎo)電粒子有,多子和少子(空穴和電子),正是因?yàn)閮煞N載流子參與導(dǎo)電過(guò)程,器件的關(guān)斷過(guò)程需要一定時(shí)間的中和過(guò)程,但是同時(shí)也因?yàn)閮煞N載流子參與導(dǎo)電,則器件的導(dǎo)通壓降很小(電導(dǎo)調(diào)制原理)2、單極性器件:包括MOS(功率MOS)SIT(這個(gè)器件的名稱記不太清)肖特基二極管等,即參與導(dǎo)電粒子僅有一種.器件的導(dǎo)通關(guān)斷速度快,不存在載流子的中和過(guò)程.具體可參考MOS的導(dǎo)通原理由于器件大多制成VDMOS或VVMOS,器件的導(dǎo)通電阻通常很大,一般隨器件的耐壓增加而增加.但MOS器件的導(dǎo)通電組具有正的溫度系數(shù),非常適合于器件并聯(lián)使用3、為了綜合以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),推出了著名的混合型器件,(一般是單極性器件控制雙極性器件)比如:IGCTIGBT(MOS控制GTR)MCT(已停產(chǎn),但原有認(rèn)為是最有發(fā)展前途的一種器件,MOS控制GTO).器件一般具有導(dǎo)通壓降小(電導(dǎo)調(diào)制),開(kāi)通時(shí)間短(MOS控制),但因其具有一定的雙極性器件的缺點(diǎn),往往具有很大的脫尾電流比方IGBT,另外IGBT的擎柱效應(yīng)也比較明顯,尤其是動(dòng)態(tài)的擎柱效應(yīng),使用時(shí)需加以考慮.當(dāng)然,并不是說(shuō)IGBT的使用受限,在移項(xiàng)全橋的軟開(kāi)關(guān)中就有效的利用了IGBT的脫尾效應(yīng).解決一定的問(wèn)題.有興趣可以開(kāi)一下《王聰?shù)能涢_(kāi)關(guān)那本書》
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