第一篇：“電力電子技術”課程建設初探（定稿）

摘要：《電力電子技術》是電氣工程及其自動化專業(yè)和自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課，也是主干課程，其課程建設應適應專業(yè)特點和學科建設的需要。本文提出從理論教學內容優(yōu)化、實驗教學項目開發(fā)、教材建設及師資隊伍建設等幾個方面開展課程建設，使教學內容與工程應用相結合，使綜合實驗項目符合學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質的培養(yǎng)標準，使教材內容與電力電子技術領域的科技發(fā)展水平相同步，使團隊教師的教學理念、教學水平和教學能力等綜合素質獲得顯著提高。

關鍵詞：電力電子技術；課程建設；初探

中圖分類號：g642.0 文獻標志碼：a 文章編號：1674-9324（2014）24-0271-02

一、本課程存在的問題

1.理論內容太深，過多的數(shù)學公式推導超出了學生的承受能力，教學內容枯燥繁雜，缺乏聯(lián)系實際情況，對培養(yǎng)學生的實踐能力難以達到預期的效果，不符合應用型大學新型技術技能人才的培養(yǎng)目標，比如陳堅的《電力電子學》教材。

2.教學內容滯后，比如晶閘管作為典型的半控型器件，在20世紀90年代前期都以基于晶閘管的拓撲結構為主進行介紹。但自上世紀80年代以來，以絕緣柵雙極晶體管和電力場效應晶體管為代表的全控型器件發(fā)展迅速，這已經是電子電力領域的主要器件，在一定程度上影響了電路控制方法與拓撲結構等，而與此相關的內容在課堂上和教材中卻未得到充分體現(xiàn)。

3.在教學方法上，以問題為導向的教學模式有可能會導致學生對授課對象認識不夠全面，從而背離最初的教學目標?！峨娏﹄娮蛹夹g》的前接課程主要以電路直觀的方式進行教學，而進入本課程學習時，要讓學生逐漸建立起電路―模型―系統(tǒng)的概念。

4.實驗課程安排不合理。實驗作為課程教學中的重要部分，卻得不到應有的重視，課時安排較少，實驗項目不充足，實驗設備落后，難以體現(xiàn)《電力電子技術》的最新內容，難以激發(fā)學生學習熱情。由此可見，《電力電子技術》課程建設刻不容緩?！峨娏﹄娮蛹夹g》課程建設應適應專業(yè)特點、社會需求和學科建設的需要，從教學內容、教學手段、實踐環(huán)節(jié)等幾個方面鞏固和加強基礎理論的教學。通過現(xiàn)代化教學手段改善教學環(huán)節(jié)，提高教學質量；也通過本課程的學習幫助學生增強專業(yè)意識，并通過實踐教學環(huán)節(jié)使學生受到實際操作和實驗手段方面的訓練，提高學生的專業(yè)素質，從而提高創(chuàng)新人才的培養(yǎng)質量。

二、課程建設的主要內容

2.實踐教學項目。電力電子技術有很強的實踐性，而實踐教學是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學研究方法的重要手段，因此應精選最基本的也有較高實用價值的實踐教學項目。①在《電力電子技術》實驗教學的原有驗證性基礎上，開發(fā)針對電氣工程系統(tǒng)的綜合實驗項目，比如故障檢測項目、變頻器項目、開關電源項目等。②開發(fā)1～2個基于計算機網絡的虛擬實驗裝置并用于教學實踐。通過計算機系統(tǒng)對正在設計或者已經存在的對象的模型進行計算機仿真，有利于提高其精確度，重復性也較好。利用虛擬的實驗平臺一方面節(jié)省昂貴儀器的購置費用、實驗室場地等，另一方面讓學生參與整個實驗的過程，深化學生對所學知識的理解，能輕松而且更扎實地掌握所學的專業(yè)知識，也為學生今后從事工程設計和科學研究打下良好的基礎。③開放電力電子技術實驗室，為學生提供開放性實驗教學環(huán)境。通過開放式的實驗場所，在專業(yè)教師的指導下，一方面提高設備、儀器的綜合利用率；另一方面充實學生的業(yè)余時間，激發(fā)學生做實驗的興趣，并為后續(xù)的電力電子技術課程設計提供基礎和保障。④通過教學改革項目研究，完善以提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質為目標的教學體系。結合社會需求和學科發(fā)展情況，及時調整實驗室設備與實驗項目。

3.教材建設。①應當以必需和夠用為原則精簡和精選內容，以應用型工程實踐能力的培養(yǎng)目標為主線組織教材內容。結合教學內容的選取，積極編寫與相關專業(yè)領域的科技發(fā)展水平同步、適用于應用型人才培養(yǎng)的教材，適當?shù)卦黾庸こ虒嵺`性的教學內容，減少數(shù)學理論公式的推導等。②編寫《電力電子技術》實驗指導書，爭取將該指導書建設成為校級優(yōu)秀教材。學生通過閱讀實驗指導書可以清楚了解實驗目的、實驗方法及實驗內容，為順利完成實驗打下基礎。這樣將教材和實驗指導書相結合，對提高學生的學習興趣有一定的促進作用，還能及時將工程實踐與課堂理論學習有機結合。③編寫“電力電子技術題集”。利用各種各樣的題目，加深學生對已有知識的理解，或未知知識的補充。通過實戰(zhàn)，更好地學會解題方法，提高分析問題和解決問題的能力。④2～3年內實現(xiàn)教學聲像媒體資料上網。利用網絡平臺這種全新的教學方式，可以彌補傳統(tǒng)課堂教學的不足，提供靈活的學習模式和大量豐富的學習資源，有利于培養(yǎng)學生自主學習能力，提高教學質量。

4.師資隊伍建設。加強教師隊伍建設是課程建設的根本。目前，課程組教師共計6人，其中1名教授，3名副教授，2名高級實驗師；其學歷結構是2名博士、3名碩士和1名學士；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，須從以下三點加強師資隊伍建設：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)進行交流，培養(yǎng)具有“雙素質型”教師，既要具備理論教學的素質，也應具備實踐教學的素質。②積極開展教學研究活動，在教學理念、教學水平和教學能力方面，提高教學團隊教師的整體素質，形成一支結構合理、人員穩(wěn)定、師德優(yōu)良、教學水平高、教學效果好的主講教師隊伍。③積極開展科研工作，提高教師科研水平。結合教師科研活動，開發(fā)綜合性、創(chuàng)新型實驗項目，并帶動學生科技活動的蓬勃發(fā)展。

5.本課程建設的最終目標。①針對目前學生基礎能力的具體情況，落實理論以“必需”、“夠用”為度，突出定性，強調工程實踐能力的培養(yǎng)。要根據(jù)形勢的發(fā)展和專業(yè)建設需要，不斷充實和改革教學內容。②優(yōu)化多媒體教學，改進教學水平，進一步研制、開發(fā)和改進多媒體教學課件，力爭1年內完成全課程多媒體課件。③在市級或校級立項1～2個課題，推進教學改革，通過教學改革項目研究，完善以提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質為目標的教學體系。④探索有效培養(yǎng)學生“三創(chuàng)”能力（即創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力）的方法和途徑，充分運用現(xiàn)代教育技術方法與手段，逐漸向以立體化和網絡化呈現(xiàn)教材，完善現(xiàn)有多媒體課件，開發(fā)基于網絡的虛擬實驗環(huán)境，實現(xiàn)開放式教學。

通過在理論教學內容優(yōu)化、實驗教學項目開發(fā)、教材建設及師資隊伍建設等幾個方面開展《電力電子技術》課程建設，探索培養(yǎng)學生運用電力電子知識和理論的“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，提高教學質量，擴大知名度，并將該課程建設成校級優(yōu)質課程。

參考文獻：

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

第二篇：電力電子技術課程總結

學 號：1111111111

Hefei University

功率變換技術課程綜述

報告題目：IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

專業(yè)班級： XXXXXXXXXXXX 學生姓名： XXX 教師姓名： ZZZZZ老師 完成時間： 2017年5月14日

IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。

關鍵詞：IGBT；半導體；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的各種有關參數(shù)...........................................................................1 2.3驅動方式及驅動功率..............................................................................2

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

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

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

一、引言

自20 世紀50 年代末第一只晶閘管問世以來, 電力電子技術開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術舞臺, 以此為基礎開發(fā)的可控硅整流裝置, 是電氣傳動領域的一次革命, 使電能的變換和控制從旋轉變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構成的變流器時代, 這標志著電力電子的誕生。

進入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品, 普通晶閘管不能自關斷的半控型器件, 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, 是電力電子技術的又一次飛躍, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自關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)是在金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(Bipolar)基礎上發(fā)展起來的一種新型復合功率器件，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驅動功率小、開關速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點于一身。作為電力電子變換器的核心器件，為應用裝置的高頻化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基礎。

自IGBT商業(yè)化應用以來，作為新型功率半導體器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的頻率應用范圍內占據(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廣泛應用于工業(yè)、4C(通信、計算機、消費電子、汽車電子)、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產業(yè)領域以及軌道交通、新能源、智能電網、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產業(yè)領域。采用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率和質量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵支撐技術，因此被稱為功率變流產品的“CPU”、“綠色經濟之核”。在未來很長一段時間內，為適應全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要，IGBT必將扮演更為重要的角色，是節(jié)能技術和低碳經濟的重要支點。

2.2 IGBT的各種有關參數(shù)

2.2.1容量

低功率IGBT應用范圍一般都在600V、1KA、1KHZ以上區(qū)域，為滿足家電行業(yè)的需求，ST半導體，三菱公司推出低功率IGBT產品，適用于微波爐，洗衣機等。而非傳統(tǒng)性IGBT采用薄片技術，在性能上高速，低損耗，在設計600V-1200V的IGBT時，其可靠性最高。2.2.2 開關頻率

IGBT的開通過程按時間可以分為四個過程，如下：第一：門射電壓Vge小于閥值電壓Vth時。其門極電阻RG和門射電容CGEI的時間常數(shù)決定這一過程。當器件的集電極電流IC 和集射電壓VCE均保持不變時，CGEI就是影響其導通延遲時間tdon的唯一因素。第二：當門射電壓Vge達到其閥值電壓時，開通過程進入第二階段，IGBT開始導通，其電流上升速率dI/dt的大小與門射電壓Vge和器件的跨導gfs有如下關系：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（對于高壓型IGBT來說，門集電容Cgc可忽略不計）。第三：第三階段從集電極電流達到最大值ICmax。第四：通之后，器件進入穩(wěn)定的導通狀態(tài)。

2.2.3 關斷過程

當在柵極施加一個負偏壓或柵壓低于門限值時，溝道被禁止，沒有空穴注入N-區(qū)內。在任何情況下，如果MOSFET電流在開關階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因為換向開始后，在N層內還存在少數(shù)的載流子(少子)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關斷時電荷的密度，而密度又與幾種因素有關，如摻雜質的數(shù)量和拓撲，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；交叉導通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設備上，問題更加明顯。

鑒于尾流與少子的重組有關，尾流的電流值應與芯片的溫度、IC 和VCE密切相關的空穴移動性有密切的關系。因此，根據(jù)所達到的溫度，降低這種作用在終端設備設計上的電流的不理想效應是可行的。

2.3驅動方式及驅動功率

2.3.1 柵極驅動電壓

因IGBT柵極—發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅動技術進行驅動，但 IGBT 的輸入電容較MOSFET大，所以IGBT的驅動偏壓應比MOSFET 驅動所需偏壓強。在+20℃情況下，實測60 A，1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為5～6 V，在實際使用時，為獲得最小導通壓降，應選取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，當Uge 增

加時，導通時集射電壓Uce將減小，開通損耗隨之減小，但在負載短路過程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的選擇不應太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時也限制了短路電流及其所帶來的應力(在具有短路工作過程的設備中，如在電機中使用IGBT時，+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對電源的要求

對于全橋或半橋電路來說，上下管的驅動電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅動功率很小，主要是對其內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電流，要使 IGBT 迅速關斷，應盡量減小電源的內阻，并且為防止 IGBT 關斷時產生的du/dt誤使IGBT導通，應加上一個-5V的關柵電壓，以確保其完全可靠的關斷(過大的反向電壓會造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為-2～10V之間)。2.3.3對驅動波形的要求

從減小損耗角度講，門極驅動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，達到飽和的時間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關斷時，陡峭的下降沿可以縮短關斷時間，從而減小了關斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實際使用中，過快的開通和關斷在大電感負載情況下反而是不利的。因為在這種情況下，IGBT過快的開通與關斷將在電路中產生頻率很高、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。此電壓有可能會造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅動波形的上升和下降速度時，應根據(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對驅動功率的要求

由于 IGBT 的開關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內部電阻；Rg 是柵極電阻。

驅動電源的平均功率為：PAV=Cge△Uge2f，（*式中f為開關頻率；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，應在IGBT柵極串上合適的電阻Rg。當Rg增大時IGBT導通時間延長，損耗發(fā)熱

加劇;Rg減小時，di/dt 增高，可能產生誤導通，使 IGBT 損壞。應根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關頻率來選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間(在具體應用中，還應根據(jù)實際情況予以適當調整)。另外為防止門極開路或門極損壞時主電路加電損壞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

合理的柵極布線對防止?jié)撛谡鹗?，減小噪聲干擾，保護IGBT正常工作有很大幫助：

（1）布線時須將驅動器的輸出級和lGBT之間的寄生電感減至最低(把驅動回路包圍的面積減到最小)；

（2）正確放置柵極驅動板或屏蔽驅動電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

（3）應使用輔助發(fā)射極端子連接驅動電路；

（4）驅動電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時，應使用雙絞線連接；（5）柵極保護，箝位元件要盡量靠近柵射極。2.3.7 隔離問題

由于功率IGBT在電力電子設備中多用于高壓場合，所以驅動電路必須與整個控制電路在電位上完全隔離。

三、存在的問題

因為IGBT工作時，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)中存儲有少數(shù)載流子電荷；當IGBT關斷（柵極電壓降為0）時，這些存儲的電荷不能立即去掉，從而IGBT的漏極電流也就相應地不能馬上關斷，即漏極電流波形有一個較長時間的拖尾——關斷時間較長（10～50ms）。所以IGBT的工作頻率較低。為了縮短關斷時間，可以采用電子輻照等方法來降低少數(shù)載流子壽命，但是這將會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+晶閘管結構，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的限制（采用陰極短路技術可以適當?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，技術改進方案很多，并且實用化。每種改進措施的采取，都會把IGBT的性能向前推進。其中，最重要的還是不斷把“通態(tài)壓降—開關時間”的矛盾處理到更為優(yōu)化的折衷點。不同公司宣布自己研制生產的IGBT進入了第X代。但是，總體看，隨著重大技術改進措施的成功，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場效應管結構中引入一個漏極側pn結以提供正向注入少數(shù)載流子實現(xiàn)電導調制來降低通態(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減小通態(tài)壓降，又能降低該發(fā)射結的注入系數(shù)，以抑制“晶閘管效應”。器件橫向（平面）采用精密圖形，減少每個元胞的尺寸，提高器件的開關速度。再采用專門的擴鉑與快速退火措施，以控制基區(qū)內少數(shù)載流子壽命的較合理分布。這樣的IGBT耐壓達到1200V，通態(tài)壓降達到2.1-2.3V，鎖定效應得到有效抑制。這時，IGBT已經充分實用化了。

（3）第三代：溝槽柵（Trench gate）型IGBT。這一代IGBT采取溝槽柵結構代替平面柵。在平面柵結構中，電流流向與表面平行的溝道時，柵極下面由P阱區(qū)圍起來的一個結型場效應管（J-FET）是電流的必經之路，它成為電流通道上的一個串聯(lián)電阻。在溝槽柵結構中，這個柵下面的J-FET是被干法刻蝕的工藝很好地挖去了，連同包圍這個區(qū)域、延伸到原來柵極下構成溝道的部分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壁，通過側壁氧化等一系列特殊加工，側壁氧化層外側的P區(qū)內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。這時靠高阻厚外延來生成硅襯底的做法，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，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：電場截止（FS）型。當單管阻斷電壓進一步提高，硅片的基區(qū)厚度就會急劇增加。于是，IGBT的通態(tài)壓降勢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，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)單極特征的各項優(yōu)點。

五、發(fā)展趨勢

IGBT作為電力電子領域非常理想的開關器件，各種新結構、新工藝及新材料技術還在不斷涌現(xiàn)，推動著IGBT芯片技術的發(fā)展，其功耗不斷降低，工作結溫不斷升高，從125℃提升到了175℃并向200℃邁進，并可以在芯片上集成體二極管，形成逆導IGBT(RC-IGBT/BIGT)，無需再反并聯(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部，實現(xiàn)芯片智能化。

IGBT芯片內部集成傳感器通過對IGBT芯片的邊緣結構進行隔離處理，可以形成具有雙向阻斷能力的IGBT(RB-IGBT),在雙向開關應用中無需再串聯(lián)二極管，并具有更小的漏電流及更低的損耗。

與此同時，IGBT的工藝水平也在不斷提升，許多先進工藝技術，如離子注入、精細光刻等被應用到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，甚至達到亞微米的水平。采用精細制造工藝可以大幅提高功率密度，同時可以降低結深，減小高溫擴散工藝，從而使采用12英寸甚至更大尺寸的硅片來制造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，不久的未來有望實現(xiàn)產品化應用。

此外，新材料如寬禁帶半導體材料技術的發(fā)展，可以實現(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體的主要研究方向，并在單極器件上實現(xiàn)商品化，在IGBT等雙極器件的研究上也不斷取得進展。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型襯底生長等問題，未來隨著材料外延技術的發(fā)展，SiC IGBT將會實現(xiàn)突破。

參考文獻

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第三篇：《電力電子技術》課程實驗教學計劃范文

《電力電子技術》課程實驗教學計劃

1、單相橋式全控整流及有源逆變電路實驗

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。掌握實現(xiàn)有源逆變條件。

（4）掌握產生逆變顛覆的原因及預防方法。

內容：

（1）單相橋式全控整流帶電阻負載。

（2）單相橋式有源逆變電路帶電阻電感負載。

（3）有源逆變顛覆現(xiàn)象觀察。

2、三相橋式全控整流電路實驗

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)器的調整方法和各點的波形

內容：

（1）三相橋式全控整流電路帶電阻負載

（2）三相橋式全控整流電路帶阻感負載

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

3、直流斬波電路實驗

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)電路的調試步驟和方法

（3）熟悉直流斬波電路各點的電壓波形。

內容：

（1）直流斬波器觸發(fā)電路調試

（2）直流斬波器電路接電阻負載

（3）直流斬波器電路接電感性負載

4、單相交流調壓電路實驗

目的：

（1）加深理解單相交流調壓電路的工作原理

（2）加深理解單相交流調壓電路帶電感性負載對脈沖及移相范圍的要求。內容：

（1）KC05集成移相觸發(fā)電路的調試

（2）單相交流調壓電路帶電阻負載。

（3）單相交流調壓電路帶電感性負載。

第四篇：電力電子技術課程綜述

目錄

摘要：...............................................................................................................1

一、電力電子技術主要內容................................................................................1 1、1電力電子器件及應用.............................................................................1 1、1、1電力電子器件分類.....................................................................1 1.1.2電力電子器件的應用......................................................................2 1．2 整流（AC-DC變換器）........................................................................2

1．2.1整流電路分類..............................................................................2 1.2.2 整流的概念...................................................................................3 1．3斬波....................................................................................................3

1.3.1基本概念......................................................................................3 1.3.2主要內容......................................................................................3 1、4逆變....................................................................................................4

1.4.1基本概念......................................................................................4 1.4.2主要內容......................................................................................4 1、5 AC-AC變換器......................................................................................4

1.5.1基本概念......................................................................................4 1.5.2主要內容......................................................................................5

二、電力電子技術的應用.....................................................................................5

三、學習小結.....................................................................................................5

四、電力電子的發(fā)展及其發(fā)展趨勢........................................................................6

五、電力電子技術的具體應用..............................................................................7 參考文獻............................................................................................................8

摘要：

電力電子技術（Power Electronics Technology）是一門新興的應用于電力領域的電子技術，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術不同電力電子技術主要用于電力變換。電力電子技術分為電力電子器件制造技術和變流技術（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。電力電子技術（Power Electronics Technology）是研究電能變換原理及功率變換裝置的綜合性學科，是在電子、電力與控制技術基礎上發(fā)展起來的一門新興交叉學科。包括電壓、電流、頻率和波形變換等知識，涉及電子學、自動控制原理和計算機技術等學科。

關鍵字: 整流、逆變、斬波、變頻

正文

一、電力電子技術主要內容 1、1電力電子器件及應用 1、1、1電力電子器件分類

按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度分類： 1.半控型器件，例如晶閘管； 2.全控型器件，例如GTO（門極可關斷晶閘管）、GTR（電力晶體管），MOSFET（電力場效應晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）；

3.不可控器件，例如電力二極管；

按照驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質分類： 1.電壓驅動型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH（靜電感應晶閘管）； 2.電流驅動型器件，例如晶閘管、GTO、GTR；

根據(jù)驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號波形分類：

1.脈沖觸發(fā)型，例如晶閘管、GTO；

2.電子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT；

按照電力電子器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分類： 1.雙極型器件，例如電力二極管、晶閘管、GTO、GTR； 2.單極型器件，例如MOSFET、SIT；

3.復合型器件，例如MCT（MOS控制晶閘管）和IGBT 1.1.2電力電子器件的應用

電力電子技術是利用電力電子器件構成各種開關電路，按一定的規(guī)律，實時，適式地控制開關器件的通，斷狀態(tài)，可以實現(xiàn)電子開關型電力變換和控制的技術。

1．2 整流（AC-DC變換器）1．2.1整流電路分類

1、不可控整流電路

2、相控整流電路

3、相控有源逆變電路

4、電壓型橋式PWM整流電路

1.2.2 整流的概念

AC-DC變換器是指將交流電能的電力電子裝置，而AC-DC變換器的交流側一般連入電網或其他交流電源。通常根據(jù)AC-DC變換器運行過程中電能傳遞方向的不同，AC-DC變換器又可分為整流運行和有源逆變運行兩種工作狀態(tài)：當AC-DC變換器運行過程中，若電能由交流側向直流側傳遞，此種工作狀態(tài)稱為整流，運行于整流工作狀態(tài)的AC-DC變換器通常稱為整流器。

1．3斬波 1.3.1基本概念

DC-DC變換器是指能將一定幅值的直流電變換成另一幅值直流電的電力電子裝置，主要應用于直流電壓變換（升壓、降壓、升降壓等）、開關穩(wěn)壓電源、直流電機驅動等場合。

1.3.2主要內容

1、DC-DC變換器基本電路構成的基本思路與換流分析。

2、開關變換器中電感、電容元件的基本特性——伏秒平衡特性（電感元件）、安秒平衡特性（電容元件），這是定量分析開關變換器的基礎。

3、電流連續(xù)條件下的DC-DC變換器基本特性分析，這是DC-DC變換器性能分析和參數(shù)設計的基礎，主要包括：穩(wěn)態(tài)增益、電感電流及電容電壓脈動量、功率器件中電壓及電流關系等。

4、多象限和多相多重DC-DC變換器的結構特點和換流分析。1、4逆變 1.4.1基本概念

DC-AC變換器是指能將一定幅值的直流電變換成一定幅值和一定頻率交流電的電力電子裝置，又稱逆變器。如果DC-AC變換器的交流輸出連接無源負載，則稱這種DC-AC變換器為無源逆變器；如果DC-AC變換器的交流輸出連接電網，則稱這種DC-AC變換器為有源逆變。

1.4.2主要內容

1、逆變器的電路結構、分類及主要性能指標。

2、逆變器的三種基本變換方式——方波變換、階梯波變換、正弦波變換。

3、方波逆變器的基本電路及其特點。

4、正弦波逆變器及其SPWM控制 1、5 AC-AC變換器 1.5.1基本概念

AC-AC變換器是指將一種形式的交流電變換成另一種形式的交流電的電力電子變換裝置。根據(jù)變換參數(shù)的不同，AC-AC變換電路可以分為交流調壓電路、交流電子控制電路和交-交變頻電路。交流調壓電路一般采用相位控制，其特點是維持頻率不變，僅改變輸出電壓的幅值，它廣泛應用于電爐控制溫度、燈光調節(jié)、異步電機的軟啟動和調速等場合；交流電力控制電路主要用于投切交流電力電容器以控制電網的無功功率，也可以用于電爐的溫度控制；交-交變頻電路也稱直接變頻電路，是一種沒有中間直流環(huán)節(jié)就能把某一頻率、電壓的交流電直接變換成另一種頻率、電壓交流電的變換電路。1.5.2主要內容

1、交流調壓電路的構成思想、單相相控式交流調壓電路的工作原理、星形連接的三相相控式交流調壓電路的工作原理和電路的工作特點。

2、交流調功電路的工作原理、晶閘管投切電容器電路的工作特點

3、相控式單相交-交變頻器的電路構成特點、工作原理、調壓方法；相控式三相交-交變頻器的電路接線特點。

二、電力電子技術的應用

1、大功率直流電源。它的發(fā)展主要以提高單機容量和增加效率為主要目標。電機控制。無論是交流電機還是直流電機均采用電力電子技術來完成電機的速度、轉矩、跟隨性等控制，但目前更多的是研究直流調速不能涉及的應用領域。

2、電源變換。它的發(fā)展主要以增加效率和提高控制性能為主要目標，如電焊機、電磁

3、感應加熱、電動機車、電動汽車，電鍍電源、電冰箱、洗衣機等控制。

4、高壓直流輸電。無功功率補償?shù)鹊取?/p>

5、開關型電力電子變換電源。

三、學習小結

時間總是過得這么快的，本學期的課程結束了，但是學習還沒有結束！電力電子對我而言并不是很難，只要上課認真聽老師講解了，自己課下也花時間 去學習了，就會很好理解！對于各種電路及波形的分析也不是很難。我覺得這本書的重點和難點是AC-DC變換器這章，需要我們去理解，學透。這章的內容老師也是重點講解的，當然一開始有點半懂不懂的，理解和做題方面都存在不少問題，所以會和同學在一起討論。課上老師的詳細解釋加上課后同學的幫助，是我很快找到了學習這門課的方法。死記硬背肯定是不行的，一定要去理解。課堂上聽老師講過之后，一定要自己去過一遍，要徹底明白，知道自己會分析，理解！本學期課程結束之后，我們開始了電力電子實驗，通過實驗能夠使用到上課學習的理論知識，也鍛煉了自己的動手能力，我覺得這幾節(jié)實驗課對我來說受益匪淺，理論聯(lián)系實際是最好的學習方法。總之，這門課程我學會了很多知識，感謝老師的悉心教導以及同學們的幫助！

四、電力電子的發(fā)展及其發(fā)展趨勢

電力電子技術已經成為國民經濟建設中的關鍵基礎性技術之一。當前, 面對全球性的能源危機和環(huán)境問題, 電力電子技術更是利用其獨有的特點, 發(fā)揮出不可替代的作用。在電氣工程領域呈現(xiàn)三大應用熱點: 電氣節(jié)能、新能源發(fā)電和電力牽引。

1、電氣節(jié)能

電氣節(jié)能包括變頻調速、電能質量有源濾波等，尤其以變頻調速為主要內容。今后進一步的發(fā)展主要集中在：

（1）專用型。主要為專門的應用進行專門的設計和制作, 以提高性能簡化功能, 減低成本為主要目的。

（2）集成型。越來越多的電力傳動系統(tǒng)將電機。變頻器及其控制集成于一體, 形成一個系統(tǒng)產品。

（3）高性能。包括高效率, 主要在精細化入手;高精度, 增加閉環(huán)控制;高容錯性能, 充分利用電力電子裝置可調可控的的特點, 來達到系統(tǒng)容錯的目的。

2、新能源發(fā)電 新能源發(fā)電中的電力電子技術應用特點為：一次能源供給隨機性大, 風能、太陽能都隨天氣情況而有很大變化;并網發(fā)電要求高，電網側要求輸入電能波動小, 電能質量高等。其中主要的問題是裝備可靠性差，有關功能和性能還滿足不了要求, 標準不統(tǒng)一。

3、電力牽引

電力牽引正成為世界各國交通發(fā)展重點。電力牽引主要包括高鐵、地鐵、城市輕軌、電動汽車等。電力牽引的核心部分是電力電子與電力傳動。電力牽引的主要特點為：蓄電池供電，四象限運行，恒力矩控制，高溫、強振動環(huán)境等。這些特點對電力電子設備要求較高。當前在電力牽引中的電力電子技術主要發(fā)展方向包括：

（1）提高電力電子變換器裝置的效率和功率密度, 主要發(fā)展集成技術和冷卻技術;（2）實施精確控制, 應用高性能的閉環(huán)控制, 特別是針對低速和高速下的矢量控制和直接轉矩控制一直是熱點研究課題;（3）保證可靠運行, 采用冗余控制以及能量綜合管理技術等。電力電子技術是目前發(fā)展較為迅速的一門學科，是高新技術產業(yè)發(fā)展的主要基礎技術之一，是傳統(tǒng)產業(yè)改造的重要手段。電力電子技術的發(fā)展是以電力電子器件為核心，伴隨變換技術和控制技術的發(fā)展而發(fā)展的?？梢灶A言，隨著各學科新理論、新技術的發(fā)展，電力電子技術的應用具有十分廣泛的前景。

五、電力電子技術的具體應用

開關穩(wěn)壓電源

1、開關電源和線性電源在內部結構上是完全不一樣的，開關電源顧名思義有開關動作，它利用變占空比或變頻的方法實現(xiàn)不同的電壓，實現(xiàn)較為復雜，最大的優(yōu)點是高效率，一般在90％以上，缺點是文波和開關噪聲較大，適用于對文波和噪聲要求不高的場合；而線性電源沒有開關動作，屬于連續(xù)模擬控 制，內部結構相對簡單，芯片面積也較小，成本較低，優(yōu)點是成本低，文波噪聲小，最大的缺點是效率低。

2、系統(tǒng)結構，電源框圖如圖所示系統(tǒng)主要由隔離變壓、整流濾波、DC—DC變換器、控制系統(tǒng)、顯示等電路模塊組成。隔離變壓模塊實現(xiàn)220VAC變壓為18VAC，再經整流濾波電路轉換為直流電壓；控制器模塊實現(xiàn)數(shù)碼管顯示、A/D和D/A轉換、過流保護、DC—DC電壓輸出控制和穩(wěn)壓、顯示、人機交換等功能;過流保護電路實現(xiàn)輸出電流過流保護功能；同時，電壓負反饋電路進一步對負載電壓進行精確控制。

圖1

參考文獻

1、張興.電力電子技術.科學出版社

2、陳堅.電力電子學－電力電子變換和控制技術.北京：高等教育出版社,2002.3、王兆安 黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.4、陳國呈,周勤利.變頻技術研究[J].上海大學自動化學院學報,1995(6):23-26.5、王正元.面向新世紀的電力電子技術電源技術應用，2001

6、劉志剛，葉斌，梁暉.電力電子學.北京清華大學出版社，北京交通大學出版社

第五篇：電力電子技術課程重點知識點總結

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

3.解釋PN結的特性，以及正向偏置、反向偏置時會有什么樣的電流通過。

4.肖特基二極管的結構，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（選用二極管時考慮的電壓電流裕量）

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

9.當負載串聯(lián)電感線圈時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，為什么會有自然換相點。14.會畫三相橋式全控整流電路電路圖，波形圖（P56、57、P58、P59、P60，對比著記憶），以及這些管子的導通順序。

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

17.什么是無源逆變？什么是有源逆變？ 18.逆變產生的條件。

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，重點會做 27 28，非常重要。

20.四種換流方式，實現(xiàn)的原理。

21.電壓型、電流型逆變電路有什么區(qū)別？這兩個圖要會畫。

22.單相全橋逆變電路的電壓計算。P102 23.會畫buck、boost電路，以及這兩種電路的輸出電壓計算。

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

26.什么是同步調制？什么是異步調制？什么是載波比，如何計算？

27.載波頻率過大過小有什么影響？ 28.會畫同步調制單相PWM波形。29.軟開關技術實現(xiàn)原理。

30.電力電子器件的保護方法有哪幾種？

31.了解晶閘管、電力MOSFRT、IGBT的并聯(lián)技術。