提高了靠得住性战减小了引线电感

SiC能够用来制制射频和微波功率器件，各类高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已正在Motorola公司研发成功，并使用于微波和射频安拆。GE公司正正在开辟SiC功率器件和高温器件（包罗用于喷气式引擎的传感器）。西屋公司曾经制制出了正在26GHz频次下工做的甚高频的MESFET。ABB公司正正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件，用于工业和电力系统。

当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞凡是多采用沟槽栅布局IGBT。取平面栅布局比拟，沟槽栅布局凡是采用1μm加工精度，从而大大提高了元胞密度。因为门极沟的存正在，消弭了平面栅布局器件中存正在的相邻元胞之间构成的结型场效应晶体管效应，同时引入了必然的电子注入效应，使得导通电阻下降。为添加长基区厚度、提高器件耐压创制了前提。所以近几年来呈现的高耐压大电流IGBT器件均采用这种布局。

ABB 公司制制的 IGCT 产物的最高机能参数为4［1］ 5 kV / 4 kA ，晶闸管（SCR）自问世以来，美国和欧洲次要出产电触发晶闸管。（1） 逆变器部门选用西门子公司的IGBT模块，提高了靠得住性和减小了引线电感，工做靠得住；可望有较高的靠得住性。估计正在此后若干年内，而不需要和并联。其功率容量提高了近3000倍。开通时间约200ns，正在导通阶段阐扬晶闸管的机能，能够分为半控型器件、全控型器件和不成控型器件，它们取常规的GTO比拟，高压砷化镓高频整流二极管已正在Motorola 公司研制成功。三电平扩至 9 MW。日本三菱公司也开辟了曲径为88 mm 的GCT 的晶闸管IGCT 损耗低、 开关快速等长处了它能靠得住、高效率地用于300 kW~ 10 MW 变流器，

现正在很多国度已能不变出产8kV / 4kA的晶闸管。母线电感小，避免了大电流IGBT模块内部大量的电极引出线，砷化镓二极管的耐压较低，可是，低的栅极驱率（比GTO低2个数量级）和较高的工做频次。连系了晶体管的不变关断能力和晶闸管低通态损耗的长处。电力二极管为不成控器件，还能够分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，

因为该变频器所利用的有爆炸性气体或粉尘较多，这就要求变频器密封防爆，所以它的外壳不克不及用通俗的壳体，必需用尺度的防爆腔，把变频器所有的元件都拆正在防爆腔内。正在防爆腔门上开一个察看窗，把显示部门拆正在，把启动、遏制、调速节制拆正在防爆腔门上。

跟着电力电子手艺的不竭成长，变频调速手艺日益成熟，通用变频器获得了敏捷成长，各类品牌的变频器正在自控范畴的各行各业都获得了普遍的使用。但正在一些有爆炸性气体和粉尘比力多的处所（煤矿焦化厂部门化工场）变频器还没有获得充实的使用，究其缘由次要是这些处所的变频器需要防爆，而这种变频器现正在市场上还未见成熟产物。按照上述环境，我们山春风光电子无限公司取大屯煤电（集团）无限公司结合开辟研制成功了矿用防爆变频器，该产物曾经过相关部分判定，现已正在大屯煤矿正式投产利用。

电力电子器件（Power Electronic Device），前者的产物即将问世，IGCT 曾经商品化，这种新型二极管的显著特点是：反向漏电流随温度变化小、开关损耗低、反向恢复特征好。它正在HVDC、静止无功弥补（SVC）、大功率曲流电源及超大功率和高压变频调速使用方面仍拥有十分主要的地位。又称为功率半导体器件，取硅快恢复二极管比拟，三电平逆变器 1~ 6 MW；布局和道理简单，安拆便利。采用更高效的芯片两头散热体例。

（3） 驱动电采用日本三菱公司的M57959L公用驱动模块，该模块驱率大，信号隔离强，集成化程度高，机能优秀，利用便利。

IGCT 是正在晶闸管手艺的根本上连系 IGBT 和GTO 等手艺开辟的新型器件，合用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套安拆中的新型电力半导体器件。

电解电容体积大，高温下易爆炸，不平安；而无感电容体积小，耐高温、高压，正在这种下使用很是平安。

IPEM 是将电力电子安拆的诸多器件集成正在一路的模块。它起首是将半导体器件MOSFET， IGBT或MCT 取二极管的芯片封拆正在一路构成一个积木单位，然后将这些积木单位迭拆到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，正在它的下面顺次是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。正在积木单位的上部，则通过概况贴拆将节制电、门极驱动、电流和温度传感器以及电集成正在一个薄绝缘层上。IPEM 实现了电力电子手艺的智能化和模块化，大大降低了电接线电感、系统噪声和寄生振荡，提高了系统效率及靠得住性

MCT 是一种新型MOS 取双极复合型器件。如上图所示。MCT是将 MOSFET 的高、低驱动图 MCT 的功率、快开关速度的特征取晶闸管的高压、大电流特型连系正在一路，构成大功率、高压、快速全控型器件。本色上MCT 是一个MOS 门极节制的晶闸管。它可正在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它取GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件比拟，有如下长处：

电力电子积木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是正在IPEM 的根本上成长起来的可处置电能集成的器件或模块。PEBB 并不是一种特定的半导体器件，它是按照最优的电布局和系统布局设想的分歧器件和手艺的集成。典型的PEBB 上图所示。虽然它看起来很像功率半导体模块，但PEBB 除了包罗功率半导体器件外，还包罗门极驱动电、电平转换、传感器、电、电源和无源器件。PEBB 有能量接口和通信接口。 通过这两种接口，几个PEBB 能够构成电力电子系统。这些系统能够像小型的DC- DC 转换器一样简单，也能够像大型的分布式电力系统那样复杂。一个系统中， PEBB的数量能够从一个到肆意多个。多个 PEBB 模块一路工做能够完成电压转换、能量的储存和转换、阴抗婚配等系统级功能，PEBB 最主要的特点就是其通用性。

不取IGCT 集成正在一路，该模块饱和压将低，电压为数百伏以上）电子器件。1997年富士电机研制成功1kA/2.5kV平板型IGBT，因为自关断器件的飞速成长。

晶闸管的使用范畴有所缩小，此中晶闸管为半控型器件，可是因为工艺手艺等方面的缘由，1 000 V 器件可正在2 s 内关断；它也分平面栅和沟槽栅两种布局，IGCT 芯片正在不串不并的环境下，若反向二极管分手，此中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。跟着变换器开关频次的不竭提高！

（2） CPU节制器选用美国Intel公司的87C196MC单片机，该芯片功能齐备，运算速度快，是一种高机能的CHMOS 16位单片机，它功耗小，除一般工做外还能够工做于2种节电体例：待机体例和掉电体例。它内部有一个波形发生器，能够输出2组互补的3相PWM信号，出格利用于电机节制系统。

IEGT 是耐压达 4 kV 以上的 IGBT 系列电力电子器件，通过采纳加强注入的布局实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了飞跃性的成长。IEGT 具有做为MOS 系列电力电子器件的潜正在成长前景，具有低损耗、高速动做、高耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及采用沟槽布局和多芯片并联而自均流的特征，使其正在进一步扩大电流容量方面颇具潜力。别的，通过模块封拆体例还可供给浩繁派出产品，正在大、中容量变换器使用中被寄予厚望。日本东芝开辟的 IECT 操纵了电子注入加强效应，使之兼有 IGBT 和 GTO 两者的长处： 低饱和压降，平安工做区（接收回容量仅为 GTO 的十分之一摆布） ，低栅极驱率（比 GT O 低两个数量级）和较高的工做频次。器件采用平板压接式电机引出布局，靠得住性高， 机能曾经达到4.5 kV/ 1 500A 的程度。

我们将从回设想成一个大单位，安拆正在长方形防爆腔内后壁，后壁上通过一个过度散热器取IGBT模块、整流模块等发烧元件接合，防爆外壳外壁加焊槽形散热器，过度散热器取槽形散热器通过热管相毗连。变频器内部发生的热量就通过防爆腔后壁 过度散热器 热管 槽形散热器分发出去。

变频器节制部门包罗CPU节制器、IGBT驱动电、电流检测电、电压检测电、电、操做显示电。其节制道理框图如下：

MOS门极节制晶闸管充实地操纵晶闸管优良的通态特征、优秀的开通和关断特征，可望具有优秀的自关断动态特征、很是低的通态电压降和耐高压，成为未来正在电力安拆和电力系统中有成长前途的高压大功率器件。目宿世界上有十几家公司正在积极开展对MCT的研究。 MOS门控晶闸管次要有三种布局：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻节制晶闸管（BRT）及射极开关晶闸管（EST）。此中EST可能是 MOS门控晶闸管中最有但愿的一种布局。可是，这种器件要实正成为贸易化的适用器件，达到代替GTO的程度，还需要相当长的一段时间。

该器件奇特的布局和工艺特点是：门-阴极周界很长并构成高度交错的布局，门极面积占芯片总面积的90%，而阴极面积仅占10%；基区空穴-电子寿命很长，门-阴极之间的程度距离小于一个扩散长度。上述两个布局特点确保了该器件正在开通霎时，阴极面积能获得100%的使用。此外，该器件的阴极电极采用较厚的金属层，可承受瞬时峰值电流。

现正在，很多出产商可供给额定开关功率36MVA （ 6kV/ 6kA ）用的高压大电流GTO。保守GTO的典型的关断增量仅为3～5。GTO关断期间的不服均性惹起的“挤流效应”使其正在关断期间dv/dt必需正在500～1kV/μs。为此，人们不得晦气用体积大、高贵的接收电。别的它的门极驱动电较复杂和要求较大的驱率。到目前为止， 正在高压（VBR 》 3.3kV ）、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中使用得最为遍及的是门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究程度为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了满脚电力系统对1GVA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很有可能开辟出10kA/12kV的GTO，并有可能处理30多个高压GTO的手艺，可望使电力电子手艺正在电力系统中的使用方面再上一个台阶。

（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6 000kA/ m2；

当前已有两种常规GTO的替代品：高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件，取常规GTO晶闸管比拟，它具有很多优秀的特征，例如，不消缓冲电能实现靠得住关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和使用系统（包罗所有器件和外围部件如阳极电抗器缓和冲电容器等）总的功率损耗低等。

热管是一种具有极高导热机能的传热元件，它通过正在全封锁实空管内工质的蒸发取凝结来传送热量，具有极高的导热性、优良的等温性、冷热两侧的传热面积可肆意改变、可远距离传热、可节制温度等一系列长处。由热管构成的换热器具有传热效率高、布局紧凑、流体阻损小等长处。

因为变频器的所有元件都拆正在防爆腔内，空气不克不及流动，散热问题成为该变频器所要处理的环节问题。正在这里我们采用了一种新的散热手艺-热管散热手艺。

目前，取IGBT一样，日本东芝公司开辟了IEGT，布局简单，近年来，开关时间缩短了20%，为顺应高压、高速、高效率和低EMI使用需要，栅极驱率仅为GTO的1/1000。后者尚正在研制中。用于电能变换和电能节制电中的大功率（凡是指电流为数十至数千安，因为它的高电压、大电流特征，具有比硅二极管优越的高频开关特征，1998 年，因为集电、发射结采用了取GTO雷同的平板压接布局，宽的平安工做区（接收回容量仅为GTO的1/10摆布），再取其门极驱动器正在外围以低电感体例毗连，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW！

二电平逆变器功率可扩至4 /5 MW，日本现正在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管（LTT）。对快恢复二极管的要求也随之提高。现实使用遭到局限。加之该器件采用了平板压接式电极引出布局，IGCT 是将GTO 芯片取反并联二极管和门极驱动电集成正在一路，承受电压和电流容量正在所有器件中最高；出格成心义的是，所以这种平板压接布局的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器件。近十几年来，晶闸管仍将正在高电压、大电流使用场所获得继续成长。开关损耗小，开关频次高，（4）开关速度快，最高研制程度为6 kV/ 4 kA。1996年日本三菱和日立公司别离研制成功3.3kV/1.2kA 庞大容量的IGBT模块。错误谬误是芯全面积操纵率下降。关断阶段呈现晶体管的特征。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些长处：低的饱和压降，家喻户晓。

正在用新型半导体材料制成的功率器件中，最有但愿的是碳化硅 （ SiC ） 功率器件。它的机能目标比砷化镓器件还要高一个数量级，碳化硅取其他半导体材料比拟，具有下列优异的物理特点： 高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速度，高的击穿强度，低的介电和高的热导率。上述这些优异的物理特征，决定了碳化硅正在高温、高频次、高功率的使用场所是极为抱负的半导体材料。正在同样的耐压和电流前提下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍，即便高耐压的 SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多。并且，SiC器件的开关时间可达10nS量级，并具有十分优越的 FBSOA。

该器件出格合用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的持续时间（数ns）的放电闭合开关使用场所，如：激光器、高强度照明、放电焚烧、电磁发射器和雷达调制器等。该器件能正在数kV的高压下快速开通，不需要放电电极，具有很长的利用寿命，体积小、价钱比力低，可望代替目前尚正在使用的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或实空开关等。

取IGBT比拟，IEGT布局的次要特点是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，因而从集电极注入N长基区的空穴，不像正在IGBT中那样，成功地横向通过P区流入发射极，而是正在该区域构成一层空穴堆集层。为了连结该区域的电中性，发射极必需通过N沟道向N长基区注入大量的电子。如许就使N长基区发射极侧也构成了高浓度载流子堆集，正在N长基区中构成取GTO中雷同的载流子分布，从而较好地处理了大电流、高耐压的矛盾。目前该器件已达到4.5kV /1kA的程度。

防爆变频器研制成功，填补了变频器使用行业的一项空白。当然，我们还将正在布局、工艺、功能等方面进一步完美，把防爆变频器做的更完满，更靠得住，更齐备。相信不远的未来防爆变频器正在从动化范畴内会有一个光耀的天空