上世紀60年代,開關(guān)電源的問世,使其逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和SCR相控電源。40多年來,開關(guān)電源技術(shù)有了飛迅發(fā)展和變化,經(jīng)歷了功率半導(dǎo)體器件、高頻化和軟開關(guān)技術(shù)、開關(guān)電源系統(tǒng)的集成技術(shù)三個發(fā)展階段。
功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GTO)發(fā)展為MOS型器件(功率MOSFET、 IGBT、IGCT等),使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化,并大幅度降低導(dǎo)通損耗,電路也更為簡單。
自上世紀80年代開始,高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究,使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點之一。
上世紀90年代中期,集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)開始發(fā)展,它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。
功率半導(dǎo)體器件性能 1998年,Infineon公司推出冷mos管,它采用“超級結(jié)”(Super-Junction)結(jié)構(gòu),故又稱超結(jié)功率MOSFET。工作電壓600V~800V,通態(tài)電阻幾乎降低了一個數(shù)量級,仍保持開關(guān)速度快的特點,是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導(dǎo)體器件。 IGBT剛出現(xiàn)時,電壓、電流額定值只有600V、25A。
很長一段時間內(nèi),耐壓水平限于1200V~1700V,經(jīng)過長時間的探索研究和改進,現(xiàn)在IGBT的電壓、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A,高壓IGBT單片耐壓已達到6500V,一般IGBT的工作頻率上限為20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型結(jié)構(gòu)應(yīng)用新技術(shù)制造的IGBT,可工作于150kHz(硬開關(guān))和300kHz(軟開關(guān))。 IGBT的技術(shù)進展實際上是通態(tài)壓降,快速開關(guān)和高耐壓能力三者的折中。隨著工藝和結(jié)構(gòu)形式的不同,IGBT在20年歷史發(fā)展進程中,有以下幾種類型:穿通(PT)型、非穿通(N T)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和電場截止(FS)型。碳化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料,其優(yōu)點是:禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小、PN結(jié)耐壓高等,有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導(dǎo)體器件??梢灶A(yù)見,碳化硅將是21世紀最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。
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