第一篇：電力電子技術(shù)考核點總結(jié)--填空選擇

簡要說明四類基本的電力電子變流電路表 答：交流變直流，即整流電路

交流變交流，即交流電力控制電路或變頻變相電路 直流變直流，即直流斬波電路 直流變交流，即逆變電； 美國學者W.Newell用倒二角形對電力電子技術(shù)進行形象的描述，認為電力電子學是由電力學，電子學，控制理論三個學科交義而形成的。電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，其電力變換常分為四 大類：直流變直流、直流變交流、交流變交流、交流變直流。根據(jù)二極管反向恢復時間的長短，可以將二極管分為普通二極管、快恢復二極管和肖特基二極管。驅(qū)動電路需要提供控制電路和主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離和磁隔離。電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓，其中內(nèi)因過電壓包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓。電力電子系統(tǒng)一般由控制電路，驅(qū)動電路，主電路 組成 8 電力電子器件的損耗主要包括開關(guān)損耗和通態(tài)損耗 單相半波整流電路帶阻性負載時，晶閘管觸發(fā)角a移相范圍是【0~π】，晶閘管導通角沒和 觸發(fā)角α之間的關(guān)系是α+β=π 或互補 三相半波整流電路帶阻性負載時，晶閘管觸發(fā)角a移相范圍是0-150度，輸出電壓連續(xù)時觸發(fā)角α移相范圍是0-30度 同步信號為鋸齒波的晶閘管觸發(fā)電路主耍由脈沖的形成與放大，鋸齒波的形成和脈沖移相，同步環(huán)節(jié)三個基本環(huán)節(jié) 12 一般來說，電力電子變流電路中換流方式有器件換流、負載換流、電網(wǎng)換流和強迫換流。直流斬波電路主要有三種控制方式：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和混合調(diào)制。正弦脈寬調(diào)制（SPWM)中，根據(jù)載波比N是否為固定值，可以分為同步調(diào)制和異步調(diào)制 PWM控制方案優(yōu)劣體現(xiàn)在輸出波形諧波的多少、直流側(cè)電壓利用率;一個周期內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。PWM整流電路根據(jù)是否引入電流反饋可分為直接電流控制和間接電流控制 根據(jù)電力電子電路中的功率器件開關(guān)過程中是否產(chǎn)生損耗，其開關(guān)方式可以分為軟開關(guān)和硬開關(guān)。

一、填空題

1.電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。

2.三要素：電力電子器件、變流電路、控制技術(shù)；

3.電力變換包括電壓、電流的大小、波形及頻率的變換。4.電力變換可以分為四大類：交流—直流—整流、直流—交流—逆變、直流—直流—斬波、交流—交流—交流調(diào)壓、變頻。

5.三學科交叉特性：美國學者提出的倒三角交叉方式

電力學、電子學和控制理論。

6.在信息電子領域中，器件既可能工作在放大狀態(tài)，也可能工作在開關(guān)狀態(tài)；而在電力電子領域中，為避免功率損耗過大，器件總工作在開關(guān)狀態(tài)。

7.一般認為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標志的。

8.電力電子系統(tǒng)的組成：控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路。

9.通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，開關(guān)損耗和通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要原因。10.電力電子器件的分類： 半控型器件：晶閘管，全控型器件：IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR，不可控器件：電力二極管，電流驅(qū)動型器件：晶閘管、電力晶體管，電壓驅(qū)動型器件（場控器件、場效應器件）：功率MOSFET、IGBT，單極型器件：功率MOSFET、雙極型器件：PN結(jié)整流管、普通晶閘管、電力晶體管，復合型器件：IGBT、。

11.電力二極管的主要參數(shù)：正向平均電流，有效值。

12.電力二極管的主要類型：普通二極管、快恢復二極管、肖特基二極管（類型）。13.晶閘管的主要參數(shù)：通態(tài)平均電流（額定電流）、維持電流小于擎住電流（IH

15.電力晶體管：全控型、電流型、雙極型器件，16.絕緣柵雙極型晶體管的類型：全控型，電壓驅(qū)動，單極型。17.驅(qū)動電路分為直接驅(qū)動式和隔離式，隔離式在控制電路與主電路之間需要電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。

外因過電壓主要有操作過電壓、雷擊過電壓。內(nèi)因過電壓主要有換相過電壓、關(guān)斷過電壓。

18、同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的3個基本環(huán)節(jié)（組成）：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。19.同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系：反相。

20.整流電壓平均值Ud：空載時：根號2倍U2；重載時：0.9U2；RC>=(3~5)T/2時：1.2U2.21.斬波電路的三種控制方式：PWM、頻率調(diào)制、混合型。

22.交流調(diào)功電路的工作方式：將負載與電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，改變通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負載所消耗的平均功率。單相交流調(diào)壓電路阻型負載，在觸發(fā)角為90度時輸出電壓三次諧波達到最大。

24.根據(jù)開關(guān)過程中是否有損耗，分為軟開關(guān)和硬開關(guān)，軟開關(guān)分類：零電壓開通，零電流關(guān)斷）

25.三相PWM逆變器提高直流側(cè)電壓利用率方法：梯形波調(diào)制和線電壓控制。

單端正激電路三繞組復位方式：最大2倍Ui 26.三相三線制交流調(diào)壓電路阻性負載觸發(fā)角移相范圍：0-150° 27.單相和三相橋式全控整流阻感負載時交流側(cè)功率因數(shù)計算； 28.三次諧波注入可以使得三相PWM橋式逆變器直流側(cè)電壓利用率提高15% 29.PWM整流工作時交流側(cè)電壓電流相位一致，使得功率因數(shù)為1

電力電子技術(shù)考核點總結(jié) 以下關(guān)于晶閘管正常工作時的特性描述不正確的是（D)A 當晶閘管承受反壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通；

B 晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下才能導通；

c晶閘管一旦導通門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導通；

D導通的晶閘管只要陽極和陰極之間承受反壓，晶閘管就立即關(guān)斷； 以下功率器件中屬于單極型電力電子器件的為（C）

(A)門極可關(guān)斷晶鬧管GTO(B)晶閘管SCR(C)電力場效應晶體管MOSFET(D)電力晶體管GTR 3 以下功率器件中屬于電壓型的為（D）

(A)門極可關(guān)斷晶閘管(B)晶閘管(C)巨型晶體管（D）絕緣柵型場效應管 以下屬于混合型器件的是（D)(A)門極可關(guān)斷晶閘管(B)晶閘管(C)巨型晶體管（D）絕緣柵雙極晶體管 以下功率器件中，屬于電壓型單極性器件的是(D)(A)門極可關(guān)斷晶閘管(B)晶閘管(C)巨型晶體管（D）絕緣柵型場效應管 晶閘管正常導通的條件（A）(A)UAK>0，IG>0(B)UAK<0，IG>0(C)UAK>0，IG<0(D)UAK<0，IG<0 7 晶閘管通態(tài)平均電流IT(AV),擎住電流IL，維持電流IH之間的大小關(guān)系為(B)A IT(AV)> IH > IL B IT(AV)> IL > IH C IL > IT(AV)> IH D IL > IH > IT(AV)8 流過某晶閘管陽極的電流有效值為400A,考慮兩倍的裕量，選取晶閘管的電流定額為（B）

(A)800A(B)510A(C)1256A(D)400A 9 快恢復二極管的反向恢復時間一般為（B)(A)大于5uS(B)小于l00nS(C)5mS左右(D)以上都不對 按照功率器件內(nèi)部參與導電的載流子類型分類，肖特基二極管屬于哪―種器件.(A)(A)單極性器件（B)雙極性器件（C)混合型器件（D)以上都不對 11 一只電流定額是l00A晶閘管允許通過最大電流有效值是（B)(A)100A(B)157A(C)50A(D)64A 12 十二脈波整流電路阻感（電感極大）負載條件下，交流輸入電流中含有的諧波次數(shù)為(B)(A)6k±l(B)12k±l(C)24k±l(D)2k±l 三相橋式全控整流電路阻感（電感極大）負載條件下，交流輸入電流中含有的諧波次數(shù)為（A）

(A)6k±l(B)12k±l(C)24k±l(D)2k+l(其中 A： = 1，2;3..,)14 單相全波可控整流電路，變壓器二次側(cè)電壓有效值為U2,則晶閘管承受的最大電壓為A(A)√2U2(B)U2(C)2^2U1(D)2U2 15 二十四脈波整流電路阻感（電感極大）負載條件下，交流輸入電流中含有的諧波次數(shù)為(C)(A)6k±l(B)12k±l(C)24k±l(D)2k±l 某電容濾波的單相不控整流電路的輸入交流電壓有效值為U,空載輸出電壓為 D A.U B 0.9UC 1.2U D √2U 17 某電容濾波的單相不控整流電路的輸入交流電壓有效值為U,則重載輸出電壓趨近于(B)A.U B 0.9UC 1.2U D √2U 18 某電容濾波的單相不控整流電路的輸入交流電壓有效值為U,濾波電容C和負載電阻R, 滿足RC>=(3-5)/2 T（T表示交流電源周期），輸出電壓約為C A.U B 0.9U(C)1.2U(D)√2U 19 電容濾波的三相不控整流電路，負載電流連續(xù)的條件是（C)(A)wRC >√3(B)wRC =√3(C)wRC <√3(D)以上說法都不對 單相橋式全控整流電路，阻感負載時（電感足夠大），變壓器二次側(cè)電流的基波因數(shù)為(B)(A)0.955(B)0.9(C)0.816(D)0.6 21 晶閘管整流電路中，鋸齒波觸發(fā)電路的同步信號和主電路電壓之間的相位關(guān)系為（B)(A)同相（B)反相（C)滯后120度（D)超前90度 三相半波整流電路的共陰極接法a相自然換相點與共陽 極接法b相自然換相點相位差是(C)A)180 度（B)120 度（C)60 度（D)90 度 23 下面電路可以工作在有源逆變狀態(tài)的是（D(A)單相不控整流電路（B)單相橋式半控整流屯路

(c)有續(xù)流二極管的單相半波整流電路（D)三相橋式全控整流電路 24 電力電子電路中全控型器件換流方式為（B)(A)電網(wǎng)換流（B)器件換流（C)負載換流（D)強迫換流 基頻開關(guān)方式下二相電壓型逆變電路的負載相電壓電平數(shù)為（D)(A)2(B)3(C)5(D)4 26 某單相橋式逆變器，直流側(cè)電壓為100V,采用基頻開關(guān)方式，則輸出基波電壓幅值為（B)(A)100V(B)127V(C)50V(D)90V 27 某180度導通型三相橋式逆變器，直流側(cè)電壓為100V,則輸山線電壓基波有效值為（B），(A)100V(B)78V(C)50V(D)90V 28 某180度導通型三相橋式逆變器，直流側(cè)電壓為100V,則輸出相電壓諧波成分為（C），(A)奇次諧波（B)偶次諧波（C)6k±1 , k為自然數(shù)（D)12k±l, k為自然數(shù) 以下幾種隔離的直流-直流變換器，變換功率等級最大的電路是D（A）反激變換器（B)正激變換器（c)半橋變換器（D)全橋變換器 30 以下不屬于多相多重斬波電路優(yōu)點的是（B）

(A)輸出電流脈動?。˙)結(jié)構(gòu)簡單控制方便（c)多相斬波電路具有相互備份功能, 可靠性高（D)錯相控制各相電路時，系統(tǒng)等效開關(guān)頻率高

31對采用結(jié)構(gòu)較為復雜的間接直流變流電路的優(yōu)點描述錯誤的是（C）(A)輸出端與輸入端隔離；

(B)某些應用中需耍相互隔離的多路輸出；

(C)輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于1或遠大于1;(D)系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電磁兼容性好；

三繞組復位單端正激變換器輸入電壓為U，變壓器三個繞組的匝比為1： 1:1，則開關(guān)管承受的最大電壓應力是（B）(A)U(B)2U(C)3U(D)0.5U 33 采用三相橋式全控整流電路構(gòu)成的三相交交變頻電路所需晶閘管的數(shù)目為（D)(A)12(B)18(C)24(D)36 34 采用12脈波整流電路構(gòu)成的三相交交變頻電路所需晶閘管的數(shù)目為（A)(A)72(B)18(C)24(D)36 35 某單相交流調(diào)壓電路帶阻感負載，負載阻抗角為φ，則觸發(fā)角α移相范圍是（B)(A)0 ?2/π（B)φ?π(C)φ?2/π(D)0 ?φ 36 對交交變頻電路的特點描述不正確的是（D）(A)只用一次變換，效率較高；（B)方便地實現(xiàn)四象限工作；（C)受電網(wǎng)頻率和變流 電路脈波數(shù)限制，輸出頻率較低；（D)電路接線簡單，所用功率器件少，成本低；

三相三線制星型聯(lián)結(jié)的交流調(diào)壓電路阻性負載時，觸發(fā)角移相范圍是（D）

(A)0?90度（B)0?180度（C)0?120度（D)0?150度 38 三相三線制星型聯(lián)結(jié)的交流調(diào)壓電路阻性負載，觸發(fā)角α為（B），任一時刻都是兩個 晶閘管導通。

(A)30°(B)60°(C)90°(A)120°

單相交流調(diào)壓電路阻性負載情況下，交流側(cè)二次諧波電流最大值出現(xiàn)在觸發(fā)角是（D）

(A)30°(B)60°(C)90°(D)120° 40 斬控式交流調(diào)壓電路描述不正確的是（D）

(A)功率器件工作于高頻幵關(guān)方式，輸出波形中不含有低次諧波

(B)輸入電流基波分量是和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1(C)輸入輸出功率可以雙向流動(D)電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便

對于單相交交變頻電路的描述正確的是（A）

(A)交交變頻電路由P組和N組相控整流組成；

(B)為了保證輸出正弦波，可以按正弦規(guī)律對每一組相控變流器觸發(fā)角控制；

(C)P組變流器工作與整流狀態(tài)，N組變流器工作于有源逆變狀態(tài)；

(D)P組和N組變流器可以工作于無環(huán)流的方式，即兩組變流器采用互補工作方式。

以下關(guān)于滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路的特點，描述不正確的是（A)(A)硬件電路復雜，成本較高；

(B)屬于實時控制方式，電流響應速度快；

(C)不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；(D)適當減小滯環(huán)環(huán)寬，可以提高交流側(cè)電流波形

三相PWM逆變電路中，采用三次諧波注入法，最多可以使得直流電壓利用率提高（B)(A)20%(B)15%(C)50%(D)30% 44 釆用梯形波調(diào)制的PWM逆變器，其最優(yōu)調(diào)制的三角化率σ為（C)(A)1(B)0(C)0.4(D)0.8 45 180度導通型單相橋式逆變器的直流側(cè)電壓利用率為（C)(A)1(B)0.5(C)4/π(D)2/π

第二篇：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，三個引出電極分別是陽極，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，從晶閘管開始導通到關(guān)斷之間的角度是導通角 4在電感性負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源逆變器8大型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)處于滅磁運行時，三相全控橋式變流器工作于有源逆變

9斬波器的時間比控制方式分為點寬調(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)動電流后延應是一個負脈沖 180°導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開關(guān)元件之間進行

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)動電路中抗飽和電路的主要作用是減小器件的存儲時間，從而加快關(guān)斷時間。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，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)制信號之比 Fc/Fr 31電力電子就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，是應用于電力領域的電子技術(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，檢測電路，驅(qū)動電路和保護電路組成。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)連接時的逆變電路，實質(zhì)是整流電路形式。36無源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到負載的電路。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。40異步調(diào)制：載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(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，這樣當調(diào)制信號頻率Fr變化時，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，使載波與調(diào)制信號波保持同步的調(diào)制方式，即改變調(diào)制信號波頻率的同時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頻段，每個頻段內(nèi)保持載波比N為恒定，不同頻段內(nèi)的載波比不同。

第三篇：電力電子技術(shù)第二章總結(jié)

2016 電力電子技術(shù)

作業(yè)：第二章總結(jié)

班級：XXXXXX學號：XXXXXXX姓名：XXXXXX 第二章電力電子器件 總結(jié) 1.概述

不可控器件——電力二極管(Power Diode)GPD FRD SBD 半控型器件——晶閘管(Thyristor)FST TRIAC LTT 典型全控型器件 GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型電力電子器件 MCT SIT SITH IGCT 功率集成電路與集成電力電子模塊 HVIC SPIC IPM 1.1相關(guān)概念

主電路(Main Power Circuit):在電氣設備或電力系統(tǒng)中,直接承擔電能的變換或控制任務的電路? 電力電子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于處理電能的主電路中,實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件?

1.2特點

電功率大,一般都遠大于處理信息的電子器件? 一般都工作在開關(guān)狀態(tài)?

由信息電子電路來控制 ,而且需要驅(qū)動電路(主要對控制信號進行放大)? 功率損耗大,工作時一般都需要安裝散熱器?

通態(tài)損耗,斷態(tài)損耗,開關(guān)損耗(開通損耗 關(guān)斷損耗)開關(guān)頻率較高時,可能成為器件功率損耗的主要因素?

電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成

一般是由控制電路?驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)? 關(guān)鍵詞 電力電子系統(tǒng) 電氣隔離 檢測電路 保護電路 三個端子

1.3電力電子器件的分類 按能夠被控制電路信號控制的程度不同可分為 半控型器件(開通可控,關(guān)斷不可控)全控型器件(開通,關(guān)斷都可控)不可控器件(開通,關(guān)斷都不可控)按照驅(qū)動信號的性質(zhì)不同可分為 電流驅(qū)動型 電壓驅(qū)動型

按照驅(qū)動信號的波形(電力二極管除外)不同可分為 脈沖觸發(fā)型 電平控制型

按照載流子參與導電的情況不同可分為 單極型器件(由一種載流子參與導電)雙極型器件(由電子和空穴兩種載流子參與導電)復合型器件(由單極型器件和雙極型器件集成混合而成,也稱混合型器件)關(guān)鍵詞 控制的程度 驅(qū)動信號的性質(zhì)?波形 載流子參與導電的情況 工作原理 基本特性 主要參數(shù)

2不可控器件——電力二極管(Power Diode)2.1結(jié)構(gòu)與工作原理

電力二極管實際上是由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的?

PN節(jié)(PN junction):采用不同的摻雜工藝,通過擴散作用,將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體(通常是硅或鍺)基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)?

N型半導體(N為Negative的字頭,由于電子帶負電荷而得此名):即自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜質(zhì)半導體?

P型半導體(P為Positive的字頭,由于空穴帶正電而得此名):即空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導體?

正向電流IF :當PN結(jié)外加正向電壓(正向偏置)時,在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流?

反向截止狀態(tài):當PN結(jié)外加反向電壓時(反向偏置)時,反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài),幾乎沒有電流流過的狀態(tài)?

反向擊穿:PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力,但當施加的反向電壓過大,反向電流將會急劇增大,破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)?雪崩擊穿 齊納擊穿(可以恢復)熱擊穿(不可恢復)P-i-N結(jié)構(gòu) 電導調(diào)制效應(Conductivity Modulation):當正向電流較小時,管壓降隨正向電流的上升而增加;當正向電流較大時,電阻率明顯下降,電導率大大增加的現(xiàn)象? 關(guān)鍵詞 少子 擴散運動 空間電荷區(qū)(耗盡層?阻擋區(qū)?勢壘區(qū))結(jié)電容CJ:PN結(jié)中的電荷量隨外加電壓而變化,呈現(xiàn)電容效應?(微分電容)擴散電容CD:擴散電容僅在正向偏置時起作用?正向電壓較高時,擴散電容為結(jié)電容主要成分? 勢壘電容CB:勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用,外加電壓頻率越高,勢壘電容作用越明顯?在正向偏置時,當正向電壓較低時,勢壘電容為主?

作用:結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率,特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下,可能使其單向?qū)щ娦宰儾?甚至不能工作?

2.2基本特性

靜態(tài)特性(伏安特性)門檻電壓UTO 正向電壓降UF

反向漏電流是由少子引起的微小而數(shù)值定? 動態(tài)特性

結(jié)電容 零偏置,正向偏置,反向偏置 不能立即轉(zhuǎn)換狀態(tài) 過渡過程

正向偏置時

延遲時間:td=t1-t0

電流下降時間:tf = t2-t1 反向恢復時間:trr= td + tf

恢復特性的軟度:Sr= tf / td,或稱恢復系數(shù),Sr越大恢復特性越軟?

由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

過沖UFP : 原因:1)電導調(diào)制效應起作用所需的大量少子需要一定的時間來儲存,在達到穩(wěn)態(tài)導通之前管壓降較大?2)正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降?電流上升率越大,UFP越高?

正向恢復時間:tfr

2.3主要參數(shù)

正向平均電流IF(AV)正向壓降UF 反向重復峰值電壓URRM 最高工作結(jié)溫TJM 反向恢復時間trr 浪涌電流IFSM

2.4主要類型

普通二極管(General Purpose Diode)快恢復二極管(Fast Recovery Diode,FRD)肖特基二極管(Schottky Barrier Diode, SBD)3半控型器件——晶閘管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)3.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部是PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)如圖a)P1 區(qū)引出陽極A?N2 區(qū)引出陰極K? P2 區(qū)引出門極G 工作原理可以用雙晶體管模型解釋如右圖b)?

工作過程關(guān)鍵詞: IG V2 Ic2 Ic1 正反饋 觸發(fā) 門觸發(fā)電路

其他幾種可能導通的情況

陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應 陽極電壓上升率du/dt過高 光觸發(fā) 結(jié)溫較高 只有門極觸發(fā)是最精確?迅速而可靠的控制手段?

3.2基本特性

靜態(tài)特性

正常工作特性

當晶閘管承受反向電壓時,不論門極是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不會導通 ? 當晶閘管承受正向電壓時,僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 ?

晶閘管一旦導通,門極就失去控制作用,不論門極觸發(fā)電流是否還存在,晶閘管都保持導通 ? 若要使已導通的晶閘管關(guān)斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下? 伏安特性

如右圖所示 包括正向特性和反向特性

正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 維持電流IH

反向最大瞬態(tài)電壓URSM 反向重復峰值電壓URRM 斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 斷態(tài)最大瞬時電壓UDSM

動態(tài)特性

如右圖所示

延遲時間td(0.5~1.5?s)上升時間tr(0.5~3?s)開通時間tgt=td+tr 反向阻斷恢復時間trr 正向阻斷恢復時間tgr 關(guān)斷時間tq=trr+tgr

3.3主要參數(shù)(包括電壓定額和電流定額)電壓定額

斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 反向重復峰值電壓URRM 通態(tài)(峰值)電壓UT

通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓?選用時,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍? 電流定額

通態(tài)平均電流 IT(AV)維持電流IH 擎住電流 IL 浪涌電流ITSM 動態(tài)參數(shù)

開通時間tgt和關(guān)斷時間tq 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 通態(tài)電流臨界上升率di/dt

3.4晶閘管的派生器件

快速晶閘管(Fast Switching Thyristor, FST)雙向晶閘管(Triode AC Switch——TRIAC or Bidirectional Triode Thyristor)逆導晶閘管(Reverse Conducting Thyristor, RCT)光控晶閘管(Light Triggered Thyristor, LTT)

典型全控型器件

4門極可關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor, GTO)晶閘管的一種派生器件,但可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷,因而屬于全控型器件?

4.1結(jié)構(gòu)與工作原理

其結(jié)構(gòu)原理可以參考晶閘管 數(shù)十個甚至數(shù)百個小GTO單元

4.2基本特性

靜態(tài)特性和普通晶閘管類似 動態(tài)特性

儲存時間ts 下降時間tf 尾部時間tt

4.3主要參數(shù)

最大可關(guān)斷陽極電流IATO 電流關(guān)斷增益?off 開通時間ton 關(guān)斷時間toff

5電力晶體管(Giant Transistor, GTR)5.1結(jié)構(gòu)和工作原理

與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的? 最主要的特性是耐壓高?電流大?開關(guān)特性好? 達林頓接法 單元結(jié)構(gòu) 并聯(lián) 三層半導體 兩個PN結(jié)

5.2基本特性

右圖所示

靜態(tài)特性

右圖所示 動態(tài)特性

右圖所示

5.3主要參數(shù)

電流放大倍數(shù)? 直流電流增益hFE

集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo 集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces 開通時間ton和關(guān)斷時間toff 最高工作電壓

BUceo:基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓

實際使用GTR時,為了確保安全,最高工作電壓要比BUceo低得多?集電極最大允許電流IcM

集電極最大耗散功率PcM

6電力場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET)6.1結(jié)構(gòu)和工作原理

SDDGN+PN+N+溝道PN+N-GGN+SSDN溝道P溝道a)b)

6.3基本特性

圖1-19靜態(tài)特性

動態(tài)特性

MOSFET的開關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系,可以降低柵極驅(qū)動電路的內(nèi)阻Rs,從而減小柵極回路的充放電時間常數(shù),加快開關(guān)速度?

6.4主要參數(shù)

跨導Gfs?開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各時間參數(shù)?

漏極電壓UDS

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

柵源電壓UGS

極間電容 CGS?CGD和CDS?

漏源間的耐壓?漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)?

7絕緣柵雙極晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT or IGT)綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點 場控器件

7.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的?

7.2基本特性

靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)移特性 輸出特性 動態(tài)特性

開通過程

開通延遲時間td(on)電流上升時間tr 電壓下降時間tfv 開通時間ton= td(on)+tr+tfv

tfv分為tfv1和tfv2兩段?

關(guān)斷過程

關(guān)斷延遲時間td(off)電壓上升時間trv 電流下降時間tfi

關(guān)斷時間toff = td(off)+trv+tfi

tfi分為tfi1和tfi2兩段

7.3主要參數(shù)

最大集射極間電壓UCES 最大集電極電流 最大集電極功耗PCM

8其他新型電力電子器件

MOS控制晶閘管MCT 靜電感應晶體管SIT 靜電感應晶閘管SITH 集成門極換流晶閘管IGCT

基于寬禁帶半導體材料的電力電子器件

第四篇：電力電子技術(shù)課程總結(jié)

學 號：1111111111

Hefei University

功率變換技術(shù)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(qū)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(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)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(qū)動功率小而飽和壓降低。

關(guān)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(guān)參數(shù)...........................................................................1 2.3驅(qū)動方式及驅(qū)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(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)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(zhuǎn)變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構(gòu)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(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(qū)動功率小、開關(guān)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(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(chǎn)業(yè)領域以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領域。采用IGBT進行功率變換，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，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)濟之核”。在未來很長一段時間內(nèi)，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(shù)和低碳經(jīng)濟的重要支點。

2.2 IGBT的各種有關(guān)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(chǎn)品，適用于微波爐，洗衣機等。而非傳統(tǒng)性IGBT采用薄片技術(shù)，在性能上高速，低損耗，在設計600V-1200V的IGBT時，其可靠性最高。2.2.2 開關(guān)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(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(guān)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(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，這是因為換向開始后，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(guān)，尾流的電流值應與芯片的溫度、IC 和VCE密切相關(guān)的空穴移動性有密切的關(guān)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(qū)動方式及驅(qū)動功率

2.3.1 柵極驅(qū)動電壓

因IGBT柵極—發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動技術(shù)進行驅(qū)動，但 IGBT 的輸入電容較MOSFET大，所以IGBT的驅(qū)動偏壓應比MOSFET 驅(qū)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(qū)動電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動功率很小，主要是對其內(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電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時產(chǎn)生的du/dt誤使IGBT導通，應加上一個-5V的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷(過大的反向電壓會造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為-2～10V之間)。2.3.3對驅(qū)動波形的要求

從減小損耗角度講，門極驅(qū)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(guān)斷時，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實際使用中，過快的開通和關(guān)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(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(qū)動功率的要求

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(chǎn)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(guān)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(diào)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(qū)動器的輸出級和lGBT之間的寄生電感減至最低(把驅(qū)動回路包圍的面積減到最小)；

（2）正確放置柵極驅(qū)動板或屏蔽驅(qū)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(qū)動電路；

（4）驅(qū)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(qū)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(guān)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(guān)斷，即漏極電流波形有一個較長時間的拖尾——關(guān)斷時間較長（10～50ms）。所以IGBT的工作頻率較低。為了縮短關(guān)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(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的限制（采用陰極短路技術(shù)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(shù)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(guān)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(chǎn)的IGBT進入了第X代。但是，總體看，隨著重大技術(shù)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(jié)構(gòu)中引入一個漏極側(cè)pn結(jié)以提供正向注入少數(shù)載流子實現(xiàn)電導調(diào)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(jié)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(guān)速度。再采用專門的擴鉑與快速退火措施，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(jīng)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(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，柵極下面由P阱區(qū)圍起來的一個結(jié)型場效應管（J-FET）是電流的必經(jīng)之路，它成為電流通道上的一個串聯(lián)電阻。在溝槽柵結(jié)構(gòu)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(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(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，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(nèi)部，實現(xiàn)芯片智能化。

IGBT芯片內(nèi)部集成傳感器通過對IGBT芯片的邊緣結(jié)構(gòu)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(guān)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(shù)，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(jié)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(chǎn)品化應用。

此外，新材料如寬禁帶半導體材料技術(shù)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(shù)的發(fā)展，SiC IGBT將會實現(xiàn)突破。

參考文獻

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

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

第五篇：電力電子考試填空選擇

1、觸發(fā)電路送出的觸發(fā)脈沖信號必須與晶狀態(tài)、狀態(tài)、狀態(tài)和狀態(tài)。

7、閘管陽極電壓，保證在管子陽極電壓每待整流、整流、待逆變、逆變。個正半周內(nèi)以相同的 被觸發(fā)，才能得到穩(wěn)

8、將直流電源的恒定電壓，通過電子器件定的直流電壓。

1、同步、時刻。的開關(guān)控制，變換為可調(diào)的直流電壓的裝置

2、晶體管觸發(fā)電路的同步電壓一般有稱為器。

8、斬波。同步電壓和電壓。

2、正弦波、鋸齒波。

9、反并聯(lián)可逆電路常用的工作方式

3、正弦波觸發(fā)電路的同步移相一般都是采為，,以及三種。在工業(yè)上得用與一個或幾個的疊加，利用改變到廣泛應用的是方式。

9、邏輯無環(huán)流、的大小，來實現(xiàn)移相控制。

3、正弦波同步電壓、控制電壓、控制電壓。

4、在晶閘管兩端并聯(lián)的RC回路是用來防止損壞晶閘管的。

4、關(guān)斷過電壓。

5、為了防止雷電對晶閘管的損壞，可在整流變壓器的一次線圈兩端并接一個或。

5、硒堆、壓敏電阻。

6、用來保護晶閘管過電流的熔斷器叫。

6、快速熔斷器。

7、晶閘管整流裝置的功率因數(shù)定義為與之比。

7、交流、有功功率、視在功率

8、晶閘管裝置的容量愈大，則高次諧波對電網(wǎng)的影響。

8、愈大，愈大。

9、在裝置容量大的場合，為了保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，需要有補償，最常用的方法是在負載側(cè)。

9、無功功率；并聯(lián)電容。

1、整流是把電變換為電的過程；逆變是把電變換為電的過程。

1、交流、直流；直流、交流。2 逆變電路兩種。

3、逆變角β與控制角α之間的關(guān)系為。

3、α=π－β

4、逆變角β的起算點為對應相鄰相 負半周 的交點往左 度量。

5、當電源電壓發(fā)生瞬時與直流側(cè)電源聯(lián)，電路中會出現(xiàn)很大的短路電流流過晶閘管與負載，這稱為或。

5、順極性串、逆變失敗、逆變顛覆。

6、為了保證逆變器能正常工作，最小逆變角應為。

6、30°～35°

7、由兩套晶閘管組成的變流可逆裝置中，每組晶閘管都有四種工作狀態(tài)，分別是有環(huán)流、錯位無環(huán)流、邏輯無環(huán)流。

10、采用接觸器的可逆電路適用于對求不高、不大的場合。

10、快速性，容量。

11、某半導體器件的型號為KN 100 / 50 — 7，其中KN表示該器件的名稱為100表示，50表示，7表示。

11、逆導晶閘管，晶閘管額定電流為100A，二極管額定電流為50A，額定電壓100V。

12、晶閘管整流裝置的功率因數(shù)定義為側(cè)與之比。

12、交流、有功功率、視在功率

13、晶閘管裝置的容量愈大，則高次諧波，對電網(wǎng)的影響。

13、愈大，愈大。

14、在裝置容量大的場合，為了保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，需要有補償，最常用的方法是在負載側(cè)。

14、無功功率；并聯(lián)電容。

15、變頻電路從變頻過程可分為變頻兩大類。

15、交流—交流，交流—直流—交流。

16、脈寬調(diào)制變頻電路的基本原理是：控制逆變器開關(guān)元件的和時間比，即調(diào)節(jié)來控制逆變電壓的大小和頻率。

16、導通，關(guān)斷，脈沖寬度。

1、三相可控整流與單相可控整流相比較，輸出直流電壓的紋波系數(shù)（B）。A 三相的大，B 單相的大，C一樣大。

2、為了讓晶閘管可控整流電感性負載電路正常工作，應在電路中接入（B）。A 三極管，B 續(xù)流二極管，C 保險絲。

3、晶閘管可整流電路中直流端的蓄電池或直流電動機應該屬于（C）負載。A 電阻性，B 電感性，C 反電動勢。

4、直流電動機由晶閘管供電與由直流發(fā)電機供電相比較，其機械特性（C）。A 一樣，B 要硬一些，C 要軟一些。

5、帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路適用于（A）負載。A 大電流 B 高電壓 C 電動機

6、晶閘管在電路中的門極正向偏壓（B）愈好。A 愈大，B 愈小，C 不變

7、晶閘管兩端并聯(lián)一個RC電路的作用是（C）。

A 分流，B 降壓，C 過電壓保護，D 過電流保護。

8、壓敏電阻在晶閘管整流電路中主要是用來（C）。

A 分流，B 降壓，C 過電壓保護，D 過電流保護

9、變壓器一次側(cè)接入壓敏電阻的目的是為了防止（C）對晶閘管的損壞。

A 關(guān)斷過電壓，B 交流側(cè)操作過電壓，C 交流側(cè)浪涌。

10、晶閘管變流裝置的功率因數(shù)比較（B）。A 高，B 低，C 好。

11、晶閘管變流器接直流電動機的拖動系統(tǒng)中，當電動機在輕載狀況下，電樞電流較小時，變流器輸出電流是（B）的。A 連續(xù)，B 斷續(xù)，C 不變。

12、脈沖變壓器傳遞的是（C）電壓。A 直流，B 正弦波，C 脈沖波。

13、普通晶閘管的通態(tài)電流（額定電流）是用電流的（C）來表示的。

A 有效值 B 最大賽值 C平均值

14、普通的單相半控橋可整流裝置中一共用了（A）晶閘管。

A 一只，B 二只，C 三只，D 四只。

15、三相全控橋整流裝置中一共用了（B）晶閘管。

A 三只，B 六只，C 九只。

16、雙向晶閘管是用于交流電路中的，其外部有（C）電極。

A 一個，B 兩個，C 三個，D 四個。

17、若可控整流電路的功率大于4kW，宜采用（C）整流電路。

A 單相半波可控 B 單相全波可控 C 三相可控

18、三相可控整流與單相可控整流相比較，輸出直流電壓的紋波系數(shù)（B）。

A 三相的大，B 單相的大，C一樣大。

8.什么是晶閘管的額定電流？答：晶閘管的額定電流就是它的通態(tài)平均電流，國標規(guī)定：晶閘管在環(huán)境溫度為40℃和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值。

9.為什么要限制晶閘管斷電電壓上升律dvdt？

答：晶閘管在承受正向陽極電壓阻斷狀態(tài)下，結(jié)反偏，其結(jié)電容在晶閘管端電壓上升率2Jdvdt過大時，就會流過較大的充電電流（稱位移電流），此位移電流流過，起到相當于觸發(fā)電流的作用，易使晶閘管誤觸發(fā)導通，所以要限制3Jdvdt。

10.為什么要限制晶閘管通態(tài)電流上升率didt？

答：在晶閘管開始導通時刻，若電流上升速度過快，會有較大的電流集中在門極附近的陰極小區(qū)域內(nèi)，雖然平均電流沒有超過額定值，但在小的區(qū)域內(nèi)局部過熱而損壞晶閘管，所以要限制通態(tài)didt。對晶閘管的觸發(fā)電路有哪些要求？答：為了讓晶閘管變流器準確無誤地工作要求觸發(fā)電路送出的觸發(fā)信號應有足夠大的電壓和功率；門極正向偏壓愈小愈好；觸發(fā)脈沖的前沿要陡、寬度應滿足要求；要能滿足主電路移相范圍的要求；觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓取得同步。正確使用晶閘管應該注意哪些事項？

答：由于晶閘管的過電流、過電壓承受能力比一般電機電器產(chǎn)品要小的多，使用中除了要采取必要的過電流、過電壓等保護措施外，在選擇晶閘管額定電壓、電流時還應留有足夠的安全余量。另外，使用中的晶閘管時還應嚴格遵守規(guī)定要求。此外，還要定期對設備進行維護，如清除灰塵、擰緊接觸螺釘?shù)?。嚴禁用兆歐表檢查晶閘管的絕緣情況。晶閘管整流電路中的脈沖變壓器有什么作用？答：在晶閘管的觸發(fā)電路采用脈沖變壓器輸出，可降低脈沖電壓，增大輸出的觸發(fā)電流，還可以使觸發(fā)電路與主電路在電氣上隔離，既安全又可防止干擾，而且還可以通過脈沖變壓器多個二次繞組進行脈沖分配，達到同時觸發(fā)多個晶閘管的目地。一般在電路中采用哪些措施來防止晶閘管產(chǎn)生誤觸發(fā)？

答：為了防止晶閘管誤導通，①晶閘管門極回路的導線應采用金屬屏蔽線，而且金屬屏蔽層應接“地”；②控制電路的走線應遠離主電路，同時盡可能避開會產(chǎn)生干擾的器件；③觸發(fā)電路的電源應采用靜電屏蔽變壓器。同步變壓器也應采用有靜電屏蔽的，必要時在同步電壓輸入端加阻容濾波移相環(huán)節(jié)，以消除電網(wǎng)高頻干擾；④應選用觸發(fā)電流稍大的晶閘管；⑤在晶閘管的門極與陰極之間并接0.01μF～0.1μF的小電容，可以有效地吸收高頻干擾；⑥采用觸發(fā)電流大的晶閘管。

1晶閘管的過電流保護常用哪幾種保護方式？其中哪一種保護通常是用來作為“最后一道保護”用？答：晶閘管的過電流保護常用快速熔斷器保護；過電流繼電器保護；限流與脈沖移相保護和直流快速開關(guān)過電流保護等措施進行。其中快速熔斷器過電流保護通常是用來作為“最后一道保護”用的。

1．無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？

答：兩種電路的不同主要是：有源逆變電路的交流側(cè)接電網(wǎng)，即交流側(cè)接有電源。而無源逆變電路的交流側(cè)直接和負載聯(lián)接。2．換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關(guān)斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓，只要把負的電網(wǎng)電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換流。

強迫換流：設置附加換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。

晶閘管電路不能采用器件換流，根據(jù)電路形式的不同采用電網(wǎng)換流、負載換流和強迫換流3種方式。

3．什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。

答：按照逆變電路直流測電源性質(zhì)分類，直流側(cè)是電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。電壓型逆變電路的主要特點是：①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。③當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。

電流型逆變電路的主要特點是：①直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。③當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。

4．電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？

答：在電壓型逆變電路中，當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。當輸出交流電壓和電流的極性相同時，電流經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，而當輸出電壓電流極性相反時，由反饋二極管提供電流通道。在電流型逆變電路中，直流電流極性是一定的，無功能量由直流側(cè)電感來緩沖。當需要從交流側(cè)向直流側(cè)反饋無功能量時，電流并不反向，依然經(jīng)電路中的可控開關(guān)器件流通，因此不需要并聯(lián)反饋二極管