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功率半导体器材的直接均流技能

0 引言无论是基础功率半导体器件,如:整流二极管(Rectifier diodes 简称RD,含快恢复整流二极管FRD)、晶闸管(SCR,含快速、高频晶闸管)、双向晶闸管(

0 导言

无论是根底功率半导体器材,如:整流二极管(Rectifier diodes 简称RD,含快康复整流二极管FRD)、晶闸管(SCR,含快速、高频晶闸管)、双向晶闸管(Triac)、逆导晶闸管(RCT)等,仍是新式功率半导体器材,如:门极关断晶闸管(GTO)、门极换流晶闸管(GCT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等,乃至是绝缘栅双极晶体管(IGBT),都归于双极注入器材,所以它们的通态特性最终都可以归结到PiN功率二极管的通态特性上。

在实践使用中,往往有多个器材的并联问题,而并联的中心便是均流,说到底是一个PiN 功率二极管的通态特性问题。其实,将PiN功率二极管的通态特性仔细研讨清楚了,不必任何特别均流办法的直接均流就能处理均流问题。把PiN 功率二极管的通态特性研讨清楚了,直接均流问题也就不难处理,这样,推行PiN功率二极管的直接均流技能到FRD、SCR,乃至是GTO、GCT、IGCT 等器材的直接并联均流处理中,详细使用时只需将着眼点会集到器材的细微差别上就足够了。但是国内的许多实践令人遗憾,在一些人的眼里晶闸管咱们都早已研讨过了,哪里还谈得上再研讨最简略的PiN功率二极管呢?

但是,世界上先进的半导体厂家都投入巨大资金从头研讨新式功率二极管[1],其道理在哪里呢?

1)虽然说前期蓬勃打开的高频自关断器材的研讨(即所谓安全运转区的问题)已很有作用(如成功开发并大规模使用了IGBT 和IGCT 等),但是所有这些新式功率半导体器材的使用肯定离不开PiN功率二极管的打开(如超快软康复功率二极管的研制和使用等),这是世界上先进的半导体厂家投入巨大资金从头研讨新式功率二极管的首要原因。

2)其次,许多新式功率二极管又独自踏入当时的先进科学技能中,极大地推动了现代根底工业的进程,如电阻型电焊机专用超大电流密度整流二极管对电焊机职业、高频电镀专用高频整流二极管对电化学职业、车用雪崩整流二极管对汽车职业等。

世界电力电子科学技能打开的实践标明,花大力量出重拳跟上当时世界先进科学技能的脚步,从头打开根底功率半导体新器材的研讨是多么必要。咱们对功率半导体器材的直接均流技能的研讨,便是在对PiN功率二极管的直接均流技能研讨的根底上打开的,它也是这个研讨激流中的有实践意义的一部分。

1 并联均流中问题的回忆

以往对功率半导体器材并联均流技能的研讨多半是由整机设备厂进行的。这种研讨办法要求的电流容量要么太大,要么是设备可靠性高,而且不允许半途停电等,因而都有必要选用多个器材并联的办法[2]。并联均流技能首要处理的是电流平衡度的问题,即[3][5]:

1)要求并联器材一起触发注册;

2)要求电流上升或下降时的电流平衡度;

3)处理正常导通时的电流平衡度,这是并联均流的首要部分;

4)有必要仔细处理好母线、器材、柜体装备及相应磁场对电流平衡度的影响。

一般情况下,由设备整机厂给出的处理并联均流的首要办法如下。[3]~[5]

1)选用宽(如100 滋s)、陡(如dIg/dt>1 A/滋s)、高幅(如实践给定的触发电流IGM>5IGT)门极脉冲[4],确保了触发注册共同,这样动态均流问题基本处理,剩余的便是处理稳态均流问题。

2)逼迫均流办法一如图1(a)所示,串联附加电阻器均流,办法简略,合适小功率使用。

3)逼迫均流办法二如图1(b)所示,串联附加电感均流,合适大中功率,特别是中频使用。

4)逼迫均流办法三,如图1(c)所示,经过均流互感器(或均衡变压器独自绕组)均流,这是遍及选用的比较好的逼迫均流办法。

上述的三种逼迫均流办法都是以添加功耗、体积、分量和造价为前提来到达均流作用的办法,其间的逼迫均流办法三为现在遍及选用并保存的办法。

5)要求各并联器材门槛电压低[3],这个要求是合理的,由于初始电流导通时的压降比门槛电压仅大零点几伏,假如门槛电压过大就有或许没有电流流过,这就更谈不到均流了。

6)匹配小电流区的通态伏安特性,这是必要的[5],是对5)所要求的进一步的匹配。

7)激烈期望器材厂家给出器材匹配,但提不出明确要求。

上述经历虽然还在打开中,但已是很名贵的了,它会集体现在世界整流二极管规范5.10.1.2中“为在并联联合中得到适宜的电流分配,可选用下列一种或多种办法:

1)制造厂匹配好正向特性;

2)每只二极管上串联附加的电阻或电抗;

3)使各变压器均衡或各变压器独自绕组;

4)将器材安装在一个公共的散热器上,以使温度均匀。”[6]

其间第一项便是直接均流技能。结合负温度特性器材不合适并联的特征[7],在文献[2]的根底上,经多年研讨和现场实验,咱们尝试着给出以下功率半导体器材的直接均流技能。

2 直接均流技能

直接均流技能的内容如下。

1)用打开的Herlet(8)公式组,在计算机协助下给出室温文额定结温Tjm(严厉讲是等效结温Tvj)下的伏安特性曲线,如图2 所示。

并不合适并联,厂家也不敢选用;交点处显然是最理想的并联方位;交点以下区域是典型的负温度特性区,离交点越远,负温度特性越重,越不合适并联,阐明并联使用时,余量太大是不稳当的。所以,选交点及以下的小范围内的点是稳当的。

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