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正文:开关电源原理及其应用:第一部分:功率电子器件
第一节:功率电子器件及其应用要求
功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。这些设备都是自动化系统中必不可少的,因此,我们了解它们是必要的。
近年来,随着应用日益高速发展的需求,推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展,功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展,性能也越来越改善。大致来讲,功率器件的发展,体现在如下方面:
1. 器件能够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例,采用双极型晶体管时,速度可以到几十千赫;使用MOSFET和IGBT,可以到几百千赫;而采用了谐振技术的开关电源,则可以达到兆赫以上。
2. 通态压降(正向压降)降低。这可以减少器件损耗,有利于提高速度,减小器件体积。
3. 电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾,目前最大电流控制能力,特别是在电力设备方面,还没有器件能完全替代可控硅。
4. 额定电压:耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数,特别对电力系统,这显得非常重要。
5. 温度与功耗。这是一个综合性的参数,它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。目前有两个方向解决这个问题,一是继续提高功率器件的品质,二是改进控制技术来降低器件功耗,比如谐振式开关电源。
总体来讲,从耐压、电流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定场合,仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场合,功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT,特别是IGBT获得了更多的使用,开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。
第二节:功率电子器件概览
一. 整流二极管:
二极管是功率电子系统中不可或缺的器件,用于整流、续流等。目前比较多地使用如下三种选择:
1. 高效快速恢复二极管。压降0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。
2. 高效超快速二极管。0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。
3. 肖特基势垒整流二极管SBD。0.4V,适合5V等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比,所以耐压低(200V以下),反向漏电流较大,易热击穿。但速度比较快,通态压降低。
目前SBD的研究前沿,已经超过1万伏。
二.大功率晶体管GTR
分为:
单管形式。电流系数:10-30。
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正文:开关电源原理及其应用:第一部分:功率电子器件
第一节:功率电子器件及其应用要求
功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。这些设备都是自动化系统中必不可少的,因此,我们了解它们是必要的。
近年来,随着应用日益高速发展的需求,推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展,功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展,性能也越来越改善。大致来讲,功率器件的发展,体现在如下方面:
1. 器件能够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例,采用双极型晶体管时,速度可以到几十千赫;使用MOSFET和IGBT,可以到几百千赫;而采用了谐振技术的开关电源,则可以达到兆赫以上。
2. 通态压降(正向压降)降低。这可以减少器件损耗,有利于提高速度,减小器件体积。
3. 电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾,目前最大电流控制能力,特别是在电力设备方面,还没有器件能完全替代可控硅。
4. 额定电压:耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数,特别对电力系统,这显得非常重要。
5. 温度与功耗。这是一个综合性的参数,它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。目前有两个方向解决这个问题,一是继续提高功率器件的品质,二是改进控制技术来降低器件功耗,比如谐振式开关电源。
总体来讲,从耐压、电流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定场合,仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场合,功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT,特别是IGBT获得了更多的使用,开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。
第二节:功率电子器件概览
一. 整流二极管:
二极管是功率电子系统中不可或缺的器件,用于整流、续流等。目前比较多地使用如下三种选择:
1. 高效快速恢复二极管。压降0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。
2. 高效超快速二极管。0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。
3. 肖特基势垒整流二极管SBD。0.4V,适合5V等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比,所以耐压低(200V以下),反向漏电流较大,易热击穿。但速度比较快,通态压降低。
目前SBD的研究前沿,已经超过1万伏。
二.大功率晶体管GTR
分为:
单管形式。电流系数:10-30。
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