第一篇：電力電子技術(shù)課程總結(jié)

學(xué) 號(hào)：1111111111

Hefei University

功率變換技術(shù)課程綜述

報(bào)告題目：IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

專業(yè)班級(jí)： XXXXXXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXX 教師姓名： ZZZZZ老師 完成時(shí)間： 2017年5月14日

IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

中 文 摘 要

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。

關(guān)鍵詞：IGBT；半導(dǎo)體；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

Present situation and development trend of IGBT research

ABSTRACT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), insulated gate bipolar transistor, is composed of BJT(bipolar transistor)and MOS(insulated gate FET)composite full controlled voltage composed of driven power semiconductor devices, has the advantages of high input impedance and low conductance GTR with MOSFET through the two aspects pressure drop.The GTR saturation voltage is reduced, the carrier current density is large, but the driving current is large.The driving power of MOSFET is very small and the switching speed is fast, but the turn-on voltage drop is large and the carrier current density is small.IGBT combines the advantages of the above two devices, small driving power and lower saturation voltage KEYWORD:IGBT;Semiconductor;Status;Development prospect.一、引言..............................................................................................................1

二、IGBT介紹.....................................................................................................1 2.1 什么是IGBT..........................................................................................1 2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)...........................................................................1 2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率..............................................................................2

三、存在的問題....................................................................................................4

四、研究現(xiàn)狀........................................................................................................5

五、發(fā)展趨勢(shì)........................................................................................................6 參考文獻(xiàn)................................................................................................................7

一、引言

自20 世紀(jì)50 年代末第一只晶閘管問世以來(lái), 電力電子技術(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái), 以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置, 是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一次革命, 使電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代, 這標(biāo)志著電力電子的誕生。

進(jìn)入70 年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品, 普通晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件, 被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和制造工藝水平的不斷提高, 電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展, 是電力電子技術(shù)的又一次飛躍, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件, 開始向大容易高頻率、響應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。

二、IGBT介紹

2.1 什么是IGBT 絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是在金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(Bipolar)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合功率器件，具有MOS輸入、雙極輸出功能。IGBT集Bipolar器件通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。作為電力電子變換器的核心器件，為應(yīng)用裝置的高頻化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基礎(chǔ)。

自IGBT商業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，作為新型功率半導(dǎo)體器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的頻率應(yīng)用范圍內(nèi)占據(jù)重要地位，其電壓范圍為600V—6500V，電流范圍為1A—3600A(140mm x 190mm模塊)。IGBT廣泛應(yīng)用于工業(yè)、4C(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子)、航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)，因此被稱為功率變流產(chǎn)品的“CPU”、“綠色經(jīng)濟(jì)之核”。在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，為適應(yīng)全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要，IGBT必將扮演更為重要的角色，是節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的重要支點(diǎn)。

2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)

2.2.1容量

低功率IGBT應(yīng)用范圍一般都在600V、1KA、1KHZ以上區(qū)域，為滿足家電行業(yè)的需求，ST半導(dǎo)體，三菱公司推出低功率IGBT產(chǎn)品，適用于微波爐，洗衣機(jī)等。而非傳統(tǒng)性IGBT采用薄片技術(shù)，在性能上高速，低損耗，在設(shè)計(jì)600V-1200V的IGBT時(shí)，其可靠性最高。2.2.2 開關(guān)頻率

IGBT的開通過程按時(shí)間可以分為四個(gè)過程，如下：第一：門射電壓Vge小于閥值電壓Vth時(shí)。其門極電阻RG和門射電容CGEI的時(shí)間常數(shù)決定這一過程。當(dāng)器件的集電極電流IC 和集射電壓VCE均保持不變時(shí)，CGEI就是影響其導(dǎo)通延遲時(shí)間tdon的唯一因素。第二：當(dāng)門射電壓Vge達(dá)到其閥值電壓時(shí)，開通過程進(jìn)入第二階段，IGBT開始導(dǎo)通，其電流上升速率dI/dt的大小與門射電壓Vge和器件的跨導(dǎo)gfs有如下關(guān)系：dIc/dt=gfs（Ic）＊dVge/dt。其中，dVge/dt由器件的門極電阻Rg和門射電容CGEI所決定（對(duì)于高壓型IGBT來(lái)說，門集電容Cgc可忽略不計(jì)）。第三：第三階段從集電極電流達(dá)到最大值ICmax。第四：通之后，器件進(jìn)入穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)。

2.2.3 關(guān)斷過程

當(dāng)在柵極施加一個(gè)負(fù)偏壓或柵壓低于門限值時(shí)，溝道被禁止，沒有空穴注入N-區(qū)內(nèi)。在任何情況下，如果MOSFET電流在開關(guān)階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因?yàn)閾Q向開始后，在N層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子(少子)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)?，層次厚度和溫度。少子的衰減使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問題：功耗升高；交叉導(dǎo)通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備上，問題更加明顯。

鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應(yīng)與芯片的溫度、IC 和VCE密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據(jù)所達(dá)到的溫度，降低這種作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的電流的不理想效應(yīng)是可行的。

2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率

2.3.1 柵極驅(qū)動(dòng)電壓

因IGBT柵極—發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但 IGBT 的輸入電容較MOSFET大，所以IGBT的驅(qū)動(dòng)偏壓應(yīng)比MOSFET 驅(qū)動(dòng)所需偏壓強(qiáng)。在+20℃情況下，實(shí)測(cè)60 A，1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為5～6 V，在實(shí)際使用時(shí)，為獲得最小導(dǎo)通壓降，應(yīng)選取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，當(dāng)Uge 增

加時(shí)，導(dǎo)通時(shí)集射電壓Uce將減小，開通損耗隨之減小，但在負(fù)載短路過程Uge 增加，集電極電流Ic也將隨之增加，使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄，因此Ugc的選擇不應(yīng)太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時(shí)也限制了短路電流及其所帶來(lái)的應(yīng)力(在具有短路工作過程的設(shè)備中，如在電機(jī)中使用IGBT時(shí)，+Uge在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力）。2.3.2對(duì)電源的要求

對(duì)于全橋或半橋電路來(lái)說，上下管的驅(qū)動(dòng)電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，主要是對(duì)其內(nèi)部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電，要求能提供較大的瞬時(shí)電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的du/dt誤使IGBT導(dǎo)通，應(yīng)加上一個(gè)-5V的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷(過大的反向電壓會(huì)造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為-2～10V之間)。2.3.3對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求

從減小損耗角度講，門極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通，達(dá)到飽和的時(shí)間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實(shí)際使用中，過快的開通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因?yàn)樵谶@種情況下，IGBT過快的開通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt，并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會(huì)造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

2.3.4對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求

由于 IGBT 的開關(guān)過程需要消耗一定的電源功率，最小峰值電流可由下式求出：IGP=△Uge/RG+Rg；式中△ Uge=+Uge+|Uge|；RG是IGBT內(nèi)部電阻；Rg 是柵極電阻。

驅(qū)動(dòng)電源的平均功率為：PAV=Cge△Uge2f，（*式中f為開關(guān)頻率；Cge 為柵極電容)。2.3.5 柵極電阻

為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩，減小IGBT集電極的電壓尖峰，應(yīng)在IGBT柵極串上合適的電阻Rg。當(dāng)Rg增大時(shí)IGBT導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，損耗發(fā)熱

加劇;Rg減小時(shí)，di/dt 增高，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通，使 IGBT 損壞。應(yīng)根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率來(lái)選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間(在具體應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整)。另外為防止門極開路或門極損壞時(shí)主電路加電損壞IGBT，建議在柵射間加入一電阻Rge，阻值為10 kΩ左右。

2.3.6柵極布線要求

合理的柵極布線對(duì)防止?jié)撛谡鹗帲瑴p小噪聲干擾，保護(hù)IGBT正常工作有很大幫助：

（1）布線時(shí)須將驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)和lGBT之間的寄生電感減至最低(把驅(qū)動(dòng)回路包圍的面積減到最小)；

（2）正確放置柵極驅(qū)動(dòng)板或屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

（3）應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動(dòng)電路；

（4）驅(qū)動(dòng)電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時(shí)，應(yīng)使用雙絞線連接；（5）柵極保護(hù)，箝位元件要盡量靠近柵射極。2.3.7 隔離問題

由于功率IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場(chǎng)合，所以驅(qū)動(dòng)電路必須與整個(gè)控制電路在電位上完全隔離。

三、存在的問題

因?yàn)镮GBT工作時(shí)，其漏極區(qū)（p+區(qū)）將要向漂移區(qū)（n-區(qū)）注入少數(shù)載流子——空穴，則在漂移區(qū)中存儲(chǔ)有少數(shù)載流子電荷；當(dāng)IGBT關(guān)斷（柵極電壓降為0）時(shí)，這些存儲(chǔ)的電荷不能立即去掉，從而IGBT的漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的拖尾——關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)（10～50ms）。所以IGBT的工作頻率較低。為了縮短關(guān)斷時(shí)間，可以采用電子輻照等方法來(lái)降低少數(shù)載流子壽命，但是這將會(huì)引起正向壓降的增大等弊病。

IGBT中存在有寄生晶閘管—MOS柵控的n+-p-n-p+晶閘管結(jié)構(gòu)，這就使得器件的最大工作電流要受到此寄生晶閘管閉鎖效應(yīng)的限制（采用陰極短路技術(shù)可以適當(dāng)?shù)販p弱這種不良影響）。

四、研究現(xiàn)狀

最近20年中，IGBT的發(fā)展很快，技術(shù)改進(jìn)方案很多，并且實(shí)用化。每種改進(jìn)措施的采取，都會(huì)把IGBT的性能向前推進(jìn)。其中，最重要的還是不斷把“通態(tài)壓降—開關(guān)時(shí)間”的矛盾處理到更為優(yōu)化的折衷點(diǎn)。不同公司宣布自己研制生產(chǎn)的IGBT進(jìn)入了第X代。但是，總體看，隨著重大技術(shù)改進(jìn)措施的成功，可以把IGBT的演變歸納成以下五代。

（1）第一代：即平面柵(PT)型。它提出了在功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)漏極側(cè)pn結(jié)以提供正向注入少數(shù)載流子實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制來(lái)降低通態(tài)壓降的基本方案。

（2）第二代：采用緩沖層，精密控制圖形和少子壽命的平面柵穿通（PT）型外延襯底IGBT。器件縱向采用n′緩沖層，既可以減薄有效基區(qū)厚度和硅片總厚度來(lái)減小通態(tài)壓降，又能降低該發(fā)射結(jié)的注入系數(shù)，以抑制“晶閘管效應(yīng)”。器件橫向（平面）采用精密圖形，減少每個(gè)元胞的尺寸，提高器件的開關(guān)速度。再采用專門的擴(kuò)鉑與快速退火措施，以控制基區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的較合理分布。這樣的IGBT耐壓達(dá)到1200V，通態(tài)壓降達(dá)到2.1-2.3V，鎖定效應(yīng)得到有效抑制。這時(shí)，IGBT已經(jīng)充分實(shí)用化了。

（3）第三代：溝槽柵（Trench gate）型IGBT。這一代IGBT采取溝槽柵結(jié)構(gòu)代替平面柵。在平面柵結(jié)構(gòu)中，電流流向與表面平行的溝道時(shí)，柵極下面由P阱區(qū)圍起來(lái)的一個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（J-FET）是電流的必經(jīng)之路，它成為電流通道上的一個(gè)串聯(lián)電阻。在溝槽柵結(jié)構(gòu)中，這個(gè)柵下面的J-FET是被干法刻蝕的工藝很好地挖去了，連同包圍這個(gè)區(qū)域、延伸到原來(lái)柵極下構(gòu)成溝道的部分P區(qū)層也都挖掉。于是n+發(fā)射源區(qū)和留下的P區(qū)層就暴露在該溝槽的側(cè)壁，通過側(cè)壁氧化等一系列特殊加工，側(cè)壁氧化層外側(cè)的P區(qū)內(nèi)形成了垂直于硅片表面的溝道。

（4）第四代：非穿通（NPT）型IGBT。隨著阻斷電壓突破2000V的需求，IGBT中隨承受電壓的基區(qū)寬度超過150微米。這時(shí)靠高阻厚外延來(lái)生成硅襯底的做法，不僅十分昂貴（外延成本同外延層厚度成正比），而且外延層的摻雜濃度和外延層厚度的均勻性都難以保證。這時(shí)，采用區(qū)熔單晶硅片制造IGBT的呼聲日漸成熟，成本可以大為降低，晶體完整性和均勻性得到充分滿足。

（5）第五代：電場(chǎng)截止（FS）型。當(dāng)單管阻斷電壓進(jìn)一步提高，硅片的基區(qū)厚度就會(huì)急劇增加。于是，IGBT的通態(tài)壓降勢(shì)必隨其耐壓的提高而增大。FS型IGBT吸收了PT型和NPT型兩類器件的優(yōu)點(diǎn)，形成硅片厚度比NPT型器件薄約

1/

3、又保持正電阻溫度系數(shù)單極特征的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

五、發(fā)展趨勢(shì)

IGBT作為電力電子領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件，各種新結(jié)構(gòu)、新工藝及新材料技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)著IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展，其功耗不斷降低，工作結(jié)溫不斷升高，從125℃提升到了175℃并向200℃邁進(jìn)，并可以在芯片上集成體二極管，形成逆導(dǎo)IGBT(RC-IGBT/BIGT)，無(wú)需再反并聯(lián)續(xù)流二極管，在相同的封裝尺寸下，可將模塊電流提高30%，還可以將電流及溫度傳感器集成到芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)芯片智能化。

IGBT芯片內(nèi)部集成傳感器通過對(duì)IGBT芯片的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離處理，可以形成具有雙向阻斷能力的IGBT(RB-IGBT),在雙向開關(guān)應(yīng)用中無(wú)需再串聯(lián)二極管，并具有更小的漏電流及更低的損耗。

與此同時(shí)，IGBT的工藝水平也在不斷提升，許多先進(jìn)工藝技術(shù)，如離子注入、精細(xì)光刻等被應(yīng)用到IGBT制造上。IGBT芯片制造過程中的最小特征尺寸已由5um，到3um，到1um，甚至達(dá)到亞微米的水平。采用精細(xì)制造工藝可以大幅提高功率密度，同時(shí)可以降低結(jié)深，減小高溫?cái)U(kuò)散工藝，從而使采用12英寸甚至更大尺寸的硅片來(lái)制造IGBT成為可能。隨著薄片與超薄片加工工藝的發(fā)展，英飛凌在8英寸硅片上制造了厚度只有40um的芯片樣品，不久的未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化應(yīng)用。

此外，新材料如寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)更低功耗、更大功率容量、更高工作溫度的器件，其中SiC成為目前的大功率半導(dǎo)體的主要研究方向，并在單極器件上實(shí)現(xiàn)商品化，在IGBT等雙極器件的研究上也不斷取得進(jìn)展。目前IGBT主要受制造工藝及襯底材料的缺陷限制，例如溝道遷移率及可靠性、電流增益較小及高摻雜P型襯底生長(zhǎng)等問題，未來(lái)隨著材料外延技術(shù)的發(fā)展，SiC IGBT將會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊電力電子技術(shù)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.[2] 陳志明.電力電子器件基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [3] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.IGBT和IPM及其應(yīng)用電路，北京：人民郵電出版社，2006.3

[4] 劉國(guó)友, 羅海輝, 劉可安等.牽引用3300V IGBT芯片均勻性及其對(duì)可靠性的影響[J]，機(jī)車電傳動(dòng)，2013, No.231(02)6-9

第二篇：“電力電子技術(shù)”課程建設(shè)初探（定稿）

摘要：《電力電子技術(shù)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是主干課程，其課程建設(shè)應(yīng)適應(yīng)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)科建設(shè)的需要。本文提出從理論教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開發(fā)、教材建設(shè)及師資隊(duì)伍建設(shè)等幾個(gè)方面開展課程建設(shè)，使教學(xué)內(nèi)容與工程應(yīng)用相結(jié)合，使綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目符合學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使教材內(nèi)容與電力電子技術(shù)領(lǐng)域的科技發(fā)展水平相同步，使團(tuán)隊(duì)教師的教學(xué)理念、教學(xué)水平和教學(xué)能力等綜合素質(zhì)獲得顯著提高。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；課程建設(shè)；初探

中圖分類號(hào)：g642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1674-9324（2014）24-0271-02

一、本課程存在的問題

1.理論內(nèi)容太深，過多的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)超出了學(xué)生的承受能力，教學(xué)內(nèi)容枯燥繁雜，缺乏聯(lián)系實(shí)際情況，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力難以達(dá)到預(yù)期的效果，不符合應(yīng)用型大學(xué)新型技術(shù)技能人才的培養(yǎng)目標(biāo)，比如陳堅(jiān)的《電力電子學(xué)》教材。

2.教學(xué)內(nèi)容滯后，比如晶閘管作為典型的半控型器件，在20世紀(jì)90年代前期都以基于晶閘管的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主進(jìn)行介紹。但自上世紀(jì)80年代以來(lái)，以絕緣柵雙極晶體管和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管為代表的全控型器件發(fā)展迅速，這已經(jīng)是電子電力領(lǐng)域的主要器件，在一定程度上影響了電路控制方法與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，而與此相關(guān)的內(nèi)容在課堂上和教材中卻未得到充分體現(xiàn)。

3.在教學(xué)方法上，以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式有可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)授課對(duì)象認(rèn)識(shí)不夠全面，從而背離最初的教學(xué)目標(biāo)。《電力電子技術(shù)》的前接課程主要以電路直觀的方式進(jìn)行教學(xué)，而進(jìn)入本課程學(xué)習(xí)時(shí)，要讓學(xué)生逐漸建立起電路―模型―系統(tǒng)的概念。

4.實(shí)驗(yàn)課程安排不合理。實(shí)驗(yàn)作為課程教學(xué)中的重要部分，卻得不到應(yīng)有的重視，課時(shí)安排較少，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不充足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后，難以體現(xiàn)《電力電子技術(shù)》的最新內(nèi)容，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。由此可見，《電力電子技術(shù)》課程建設(shè)刻不容緩。《電力電子技術(shù)》課程建設(shè)應(yīng)適應(yīng)專業(yè)特點(diǎn)、社會(huì)需求和學(xué)科建設(shè)的需要，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)等幾個(gè)方面鞏固和加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的教學(xué)。通過現(xiàn)代化教學(xué)手段改善教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)質(zhì)量；也通過本課程的學(xué)習(xí)幫助學(xué)生增強(qiáng)專業(yè)意識(shí)，并通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生受到實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)手段方面的訓(xùn)練，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，從而提高創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

二、課程建設(shè)的主要內(nèi)容

2.實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。電力電子技術(shù)有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段，因此應(yīng)精選最基本的也有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。①在《電力電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原有驗(yàn)證性基礎(chǔ)上，開發(fā)針對(duì)電氣工程系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如故障檢測(cè)項(xiàng)目、變頻器項(xiàng)目、開關(guān)電源項(xiàng)目等。②開發(fā)1～2個(gè)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)裝置并用于教學(xué)實(shí)踐。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)正在設(shè)計(jì)或者已經(jīng)存在的對(duì)象的模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，有利于提高其精確度，重復(fù)性也較好。利用虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一方面節(jié)省昂貴儀器的購(gòu)置費(fèi)用、實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地等，另一方面讓學(xué)生參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，深化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，能輕松而且更扎實(shí)地掌握所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，也為學(xué)生今后從事工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。③開放電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。通過開放式的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，在專業(yè)教師的指導(dǎo)下，一方面提高設(shè)備、儀器的綜合利用率；另一方面充實(shí)學(xué)生的業(yè)余時(shí)間，激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，并為后續(xù)的電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)和保障。④通過教學(xué)改革項(xiàng)目研究，完善以提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)體系。結(jié)合社會(huì)需求和學(xué)科發(fā)展情況，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.教材建設(shè)。①應(yīng)當(dāng)以必需和夠用為原則精簡(jiǎn)和精選內(nèi)容，以應(yīng)用型工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)為主線組織教材內(nèi)容。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的選取，積極編寫與相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的科技發(fā)展水平同步、適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教材，適當(dāng)?shù)卦黾庸こ虒?shí)踐性的教學(xué)內(nèi)容，減少數(shù)學(xué)理論公式的推導(dǎo)等。②編寫《電力電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，爭(zhēng)取將該指導(dǎo)書建設(shè)成為校級(jí)優(yōu)秀教材。學(xué)生通過閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書可以清楚了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為順利完成實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。這樣將教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書相結(jié)合，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有一定的促進(jìn)作用，還能及時(shí)將工程實(shí)踐與課堂理論學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合。③編寫“電力電子技術(shù)題集”。利用各種各樣的題目，加深學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的理解，或未知知識(shí)的補(bǔ)充。通過實(shí)戰(zhàn)，更好地學(xué)會(huì)解題方法，提高分析問題和解決問題的能力。④2～3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)教學(xué)聲像媒體資料上網(wǎng)。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)這種全新的教學(xué)方式，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，提供靈活的學(xué)習(xí)模式和大量豐富的學(xué)習(xí)資源，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

4.師資隊(duì)伍建設(shè)。加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)是課程建設(shè)的根本。目前，課程組教師共計(jì)6人，其中1名教授，3名副教授，2名高級(jí)實(shí)驗(yàn)師；其學(xué)歷結(jié)構(gòu)是2名博士、3名碩士和1名學(xué)士；課程組教師的平均年齡是40歲，最大年齡是52歲，最小年齡是34歲。雖然課程組高學(xué)歷高職稱的教師所占比例偏高，可是缺少35歲以下青年教師作為后備力量。因此，須從以下三點(diǎn)加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)：①盡可能地創(chuàng)造條件，讓教師們與企業(yè)合作，或者與企業(yè)進(jìn)行交流，培養(yǎng)具有“雙素質(zhì)型”教師，既要具備理論教學(xué)的素質(zhì)，也應(yīng)具備實(shí)踐教學(xué)的素質(zhì)。②積極開展教學(xué)研究活動(dòng)，在教學(xué)理念、教學(xué)水平和教學(xué)能力方面，提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師的整體素質(zhì)，形成一支結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定、師德優(yōu)良、教學(xué)水平高、教學(xué)效果好的主講教師隊(duì)伍。③積極開展科研工作，提高教師科研水平。結(jié)合教師科研活動(dòng)，開發(fā)綜合性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并帶動(dòng)學(xué)生科技活動(dòng)的蓬勃發(fā)展。

5.本課程建設(shè)的最終目標(biāo)。①針對(duì)目前學(xué)生基礎(chǔ)能力的具體情況，落實(shí)理論以“必需”、“夠用”為度，突出定性，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。要根據(jù)形勢(shì)的發(fā)展和專業(yè)建設(shè)需要，不斷充實(shí)和改革教學(xué)內(nèi)容。②優(yōu)化多媒體教學(xué)，改進(jìn)教學(xué)水平，進(jìn)一步研制、開發(fā)和改進(jìn)多媒體教學(xué)課件，力爭(zhēng)1年內(nèi)完成全課程多媒體課件。③在市級(jí)或校級(jí)立項(xiàng)1～2個(gè)課題，推進(jìn)教學(xué)改革，通過教學(xué)改革項(xiàng)目研究，完善以提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)體系。④探索有效培養(yǎng)學(xué)生“三創(chuàng)”能力（即創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力）的方法和途徑，充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)方法與手段，逐漸向以立體化和網(wǎng)絡(luò)化呈現(xiàn)教材，完善現(xiàn)有多媒體課件，開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)開放式教學(xué)。

通過在理論教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開發(fā)、教材建設(shè)及師資隊(duì)伍建設(shè)等幾個(gè)方面開展《電力電子技術(shù)》課程建設(shè)，探索培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用電力電子知識(shí)和理論的“三創(chuàng)”能力（即創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力）提高的方法和途徑；同時(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量，擴(kuò)大知名度，并將該課程建設(shè)成校級(jí)優(yōu)質(zhì)課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[m].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.[2]蔣偉，莫岳平.“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)模式研究[j].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（1）：44-46.[3]孔祥新，閆紹敏.“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探討[j].中國(guó)電力教育，2011，7（20）.[4]丁衛(wèi)紅.合理運(yùn)用教學(xué)評(píng)價(jià)，促進(jìn)電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革[c]//《第五屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集（1），2008-04-01.[5]丁衛(wèi)紅.合理運(yùn)用教學(xué)評(píng)價(jià)，促進(jìn)《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革[j].高教論壇，2009，（6）.基金項(xiàng)目：本文獲“北京信息科技大學(xué)2011課程建設(shè)項(xiàng)目”和北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)三年行動(dòng)計(jì)劃（2013-2015年）青年拔尖人才培育計(jì)劃（cit&tcd201304113）資助。

作者簡(jiǎn)介：李慧（1976-），女，博士，副教授，主要從事電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)分析的教學(xué)與科研工作。

第三篇：電力電子技術(shù)課程重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1.解釋GTO、GTR、電力MOSFET、BJT、IGBT，以及這些元件的應(yīng)用范圍、基本特性。2.解釋什么是整流、什么是逆變。

3.解釋PN結(jié)的特性，以及正向偏置、反向偏置時(shí)會(huì)有什么樣的電流通過。

4.肖特基二極管的結(jié)構(gòu)，和普通二極管有什么不同？ 5.畫出單相半波可控整流電路、單相全波可控整流電路、單相整流電路、單相橋式半控整流電路電路圖。6.如何選配二極管（選用二極管時(shí)考慮的電壓電流裕量）

7.單相半波可控整流的輸出電壓計(jì)算（P44）8.可控整流和不可控整流電路的區(qū)別在哪？

9.當(dāng)負(fù)載串聯(lián)電感線圈時(shí)輸出電壓有什么變化？（P45）

10.單相橋式全控整流電路中，元件承受的最大正向電壓和反向電壓。

11.保證電流連續(xù)所需電感量計(jì)算。

12.單相全波可控整流電路中元件承受的最大正向、反向電壓（思考題，書上沒答案，自己試著算）13.什么是自然換相點(diǎn)，為什么會(huì)有自然換相點(diǎn)。14.會(huì)畫三相橋式全控整流電路電路圖，波形圖（P56、57、P58、P59、P60，對(duì)比著記憶），以及這些管子的導(dǎo)通順序。

15.三相橋式全控整流輸出電壓、電流計(jì)算。16.為什么會(huì)有換相重疊角？換相壓降和換相重疊角計(jì)算。

17.什么是無(wú)源逆變？什么是有源逆變？ 18.逆變產(chǎn)生的條件。

19.逆變失敗原因、最小逆變角如何確定？公式。做題：P95：1 3 5 13 16 17，重點(diǎn)會(huì)做 27 28，非常重要。

20.四種換流方式，實(shí)現(xiàn)的原理。

21.電壓型、電流型逆變電路有什么區(qū)別？這兩個(gè)圖要會(huì)畫。

22.單相全橋逆變電路的電壓計(jì)算。P102 23.會(huì)畫buck、boost電路，以及這兩種電路的輸出電壓計(jì)算。

24.這兩種電路的電壓、電流連續(xù)性有什么特點(diǎn)？ 做題，P138 2 3題，非常重要。25.什么是PWM,SPWM。

26.什么是同步調(diào)制？什么是異步調(diào)制？什么是載波比，如何計(jì)算？

27.載波頻率過大過小有什么影響？ 28.會(huì)畫同步調(diào)制單相PWM波形。29.軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。

30.電力電子器件的保護(hù)方法有哪幾種？

31.了解晶閘管、電力MOSFRT、IGBT的并聯(lián)技術(shù)。

第四篇：電力電子技術(shù)總結(jié)

電力電子技術(shù)總結(jié)

1晶閘管是三端器件，三個(gè)引出電極分別是陽(yáng)極，門極和陰極。2單向半波可控整流電路中，控制角α最大移相范圍是0~180°

3單相半波可控整流電路中，從晶閘管開始導(dǎo)通到關(guān)斷之間的角度是導(dǎo)通角 4在電感性負(fù)載三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大正向電壓為√6U2 5在輸入相同幅度的交流電壓和相同控制角的條件下，三相可控整流電路與單相可控整流電路比較，三相可控可獲得較高的輸出電壓

6直流斬波電路是將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能的電路

7逆變器分為有源逆變器和無(wú)源逆變器8大型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)處于滅磁運(yùn)行時(shí)，三相全控橋式變流器工作于有源逆變

9斬波器的時(shí)間比控制方式分為點(diǎn)寬調(diào)頻，定頻調(diào)寬，調(diào)寬調(diào)頻三種 10 DC/DC變換的兩種主要形式為斬波電路控制型和直交直電路 11在三相全控橋式變流電路中，控制角和逆變角的關(guān)系為α+β=π

12三相橋式可控整流電路中，整流二極管在每個(gè)輸入電壓基波周期內(nèi)環(huán)流次數(shù)為6次 13在三相全控橋式整流逆變電路中，直流側(cè)輸出電壓Ud=-2.34U2cosβ 14在大多數(shù)工程應(yīng)用中，一般取最小逆變角β的范圍是β=30° 15在橋式全控有源逆變電路中，理論上你逆變角β的范圍是0~30° 16單相橋式整流電路能否用于有源逆變電路中 是

17改變SPWM逆變器中的調(diào)制比，可以改變輸出電壓的幅值 電流型逆變器中間直流環(huán)節(jié)貯能元件是大電感

19三相半波可控整流電路能否用于有源逆變電路中？ 能

20在三相全控整流電路中交流非線性壓敏電阻過電壓保護(hù)電路的連接方式有星型和三角形 21抑制過電壓的方法之一是用儲(chǔ)能元件吸收可能產(chǎn)生過電壓的能量，并用電阻將其消耗 22為了利用功率晶閘管的關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電流后延應(yīng)是一個(gè)負(fù)脈沖 180°導(dǎo)電型電壓源型三相橋式逆變電路，其換相是在同一橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)元件之間進(jìn)行

24改變SPWM逆變器的調(diào)制波頻率，可以改變輸出電壓的基波頻率。

25恒流驅(qū)動(dòng)電路中抗飽和電路的主要作用是減小器件的存儲(chǔ)時(shí)間，從而加快關(guān)斷時(shí)間。26在三相全控橋式整流電路單脈沖觸發(fā)方式中，要求脈沖寬度大于60° 27整流電路的總的功率因數(shù)P/S 28 PWM跟蹤控制法的常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式

29單相PWM控制整流電路中，電源IsY與Us完全相位時(shí)，該電路工作在整流狀態(tài) 30 PWM控制電路中載波比為載波頻率與調(diào)制信號(hào)之比 Fc/Fr 31電力電子就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)

32電力電子系統(tǒng)由主電路，控制電路，檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成。33整流電路：將交流電能變成直流電能供給直流用電設(shè)備的變流裝置。34逆變電路定義：把直流電逆變?yōu)榻涣麟姷碾娐?/p>

35有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連接時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式。36無(wú)源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到負(fù)載的電路。逆變電路分類：為電壓型逆變電路（直流側(cè)為電壓源）和電源型逆變電路（直流側(cè)為電流源）38 PWM控制定義：脈沖寬度控制技術(shù)39 SPWM波形：PWM波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，與正弦波等效時(shí)。40異步調(diào)制：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式，即N值不斷變化。

41控制方式：保持載波頻率Fc固定不變，這樣當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率Fr變化時(shí)，載波比N試變化的

42同步調(diào)制：在逆變器輸出變頻工作時(shí)，使載波與調(diào)制信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式，即改變調(diào)制信號(hào)波頻率的同時(shí)成正比的改變載波頻率，保持載波比N等于常數(shù)。

43分段同步調(diào)制：把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比N為恒定，不同頻段內(nèi)的載波比不同。

第五篇：《電力電子技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃范文

《電力電子技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃

1、單相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)

目的：

（1）加深理解單相橋式全控整流電路及有源逆變電路的工作原理。

（2）研究單相橋式全控整流的全過程。

（3）研究單相橋式變流電路逆變的全過程。掌握實(shí)現(xiàn)有源逆變條件。

（4）掌握產(chǎn)生逆變顛覆的原因及預(yù)防方法。

內(nèi)容：

（1）單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載。

（2）單相橋式有源逆變電路帶電阻電感負(fù)載。

（3）有源逆變顛覆現(xiàn)象觀察。

2、三相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)

目的：

（1）加深理解三相橋式全控整流電路的工作原理

（2）理解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點(diǎn)的波形

內(nèi)容：

（1）三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載

（2）三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載

（3）當(dāng)觸發(fā)電路出現(xiàn)故障（人為模擬）時(shí)，觀測(cè)主電路的各電壓波形。

3、直流斬波電路實(shí)驗(yàn)

目的：

（1）加深理解直流斬波電路的工作原理

（2）掌握斬波器主電路、觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法

（3）熟悉直流斬波電路各點(diǎn)的電壓波形。

內(nèi)容：

（1）直流斬波器觸發(fā)電路調(diào)試

（2）直流斬波器電路接電阻負(fù)載

（3）直流斬波器電路接電感性負(fù)載

4、單相交流調(diào)壓電路實(shí)驗(yàn)

目的：

（1）加深理解單相交流調(diào)壓電路的工作原理

（2）加深理解單相交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載對(duì)脈沖及移相范圍的要求。內(nèi)容：

（1）KC05集成移相觸發(fā)電路的調(diào)試

（2）單相交流調(diào)壓電路帶電阻負(fù)載。

（3）單相交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載。