湖南省电子技术专业介绍.doc

1、 湖 南 省 电 子 技 术 专 业 介 绍（湖 南 信 息 职 业 技 术 学 院 教 务 处 ， 湖 南 长 沙 410200）电 子 技 术 是 根 据 电 子 学 的 原 理 ， 运 用 电 子 器 件 设 计 和 制 造 某 种 特 定 功 能 的 电 路 以解 决 实 际 问 题 的 科 学 ， 包 括 信 息 电 子 技 术 和 电 力 电 子 技 术 两 大 分 支 。 信 息 电 子 技 术 包 括 Analog （ 模 拟 ） 电 子 技 术 和 Digital （ 数 字 ） 电 子 技 术 。 电 子 技 术 是 对 电 子 信 号进 行 处 理 的 技 术 ， 处

2、理 的 方 式 主 要 有 ： 信 号 的 发 生 、 放 大 、 滤 波 、 转 换 。电 力 电 子 技 术 发 展电 子 技 术 研 究 的 是 电 子 器 件 及 其 电 子 器 件 构 成 的 电 路 的 应 用 。 半 导 体 器 件 是 构 成 各种 分 立 、 集 成 电 子 电 路 最 基 本 的 元 器 件 。 随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 ， 各 种 新 型 半 导 体 器件 层 出 不 穷 。 现 代 电 力 电 子 技 术 的 发 展 方 向 ,是 从 以 低 频 技 术 处 理 问 题 为 主 的 传 统 电 力电 子 学 ,向 以 高 频 技 术 处

3、 理 问 题 为 主 的 现 代 电 力 电 子 学 方 向 转 变 。 电 力 电 子 技 术 起 始 于五 十 年 代 末 六 十 年 代 初 的 硅 整 流 器 件 ,其 发 展 先 后 经 历 了 整 流 器 时 代 、 逆 变 器 时 代 和 变 频 器 时 代 ,并 促 进 了 电 力 电 子技 术 在 许 多 新 领 域 的 应 用 。 八 十 年 代 末 期 和 九 十 年 代 初 期 发 展 起 来 的 、 以 功 率MOSFET 和 IGBT 为 代 表 的 、 集 高 频 、 高 压 和 大 电 流 于 一 身 的 功 率 半 导 体 复 合 器 件 ,表 明 传 统 电

4、 力 电 子 技 术 已 经 进 入 现 代 电 力 电 子 时 代 。 整 流 器 时 代大 功 率 的 工 业 用 电 由 工 频 (50Hz)交 流 发 电 机 提 供 ,但 是 大 约 20%的 电 能 是 以 直 流形 式 消 费 的 ,其 中 最 典 型 的 是 电 解 (有 色 金 属 和 化 工 原 料 需 要 直 流 电 解 )、 牵 引 (电 气 机车 、 电 传 动 的 内 燃 机 车 、 地 铁 机 车 、 城 市 无 轨 电 车 等 )和 直 流 传 动 (轧 钢 、 造 纸 等 )三大 领 域 。 大 功 率 硅 整 流 器 能 够 高 效 率 地 把 工 频 交

5、流 电 转 变 为 直 流 电 ,因 此 在 六 十 年 代和 七 十 年 代 ,大 功 率 硅 整 流 管 和 晶 闸 管 的 开 发 与 应 用 得 以 很 大 发 展 。 当 时 国 内 曾 经 掀 起了 -股 各 地 大 办 硅 整 流 器 厂 的 热 潮 ,目 前 全 国 大 大 小 小 的 制 造 硅 整 流 器 的 半 导 体 厂 家 就是 那 时 的 产 物 。 逆 变 器 时 代七 十 年 代 出 现 了 世 界 范 围 的 能 源 危 机 ,交 流 电 机 变 频 调 速 因 节 能 效 果 显 著 而 迅 速 发展 。 变 频 调 速 的 关 键 技 术 是 将 直 流

6、电 逆 变 为 0100Hz 的 交 流 电 。 在 七 十 年 代 到 八 十 年代 ,随 着 变 频 调 速 装 置 的 普 及 ,大 功 率 逆 变 用 的 晶 闸 管 、 巨 型 功 率 晶 体 管 (GTR)和 门 极可 关 断 晶 闸 管 (GT0)成 为 当 时 电 力 电 子 器 件 的 主 角 。 类 似 的 应 用 还 包 括 高 压 直 流 输 出 ,静止 式 无 功 功 率 动 态 补 偿 等 。 这 时 的 电 力 电 子 技 术 已 经 能 够 实 现 整 流 和 逆 变 ,但 工 作 频率 较 低 ,仅 局 限 在 中 低 频 范 围 内 。 变 频 器 时 代进

7、 入 八 十 年 代 ,大 规 模 和 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 的 迅 猛 发 展 ,为 现 代 电 力 电 子 技 术的 发 展 奠 定 了 基 础 。 将 集 成 电 路 技 术 的 精 细 加 工 技 术 和 高 压 大 电 流 技 术 有 机 结 合 ,出现 了 一 批 全 新 的 全 控 型 功 率 器 件 、 首 先 是 功 率 M0SFET 的 问 世 ,导 致 了 中 小 功 率 电 源向 高 频 化 发 展 ,而 后 绝 缘 门 极 双 极 晶 体 管 (IGBT)的 出 现 ,又 为 大 中 型 功 率 电 源 向 高 频 发展 带 来 机 遇 。 MOSF

8、ET 和 IGBT 的 相 继 问 世 ,是 传 统 的 电 力 电 子 向 现 代 电 力 电 子 转 化的 标 志 。 据 统 计 ,到 1995年 底 ,功 率 M0SFET 和 GTR 在 功 率 半 导 体 器 件 市 场 上 已 达 到平 分 秋 色 的 地 步 ,而 用 IGBT 代 替 GTR 在 电 力 电 子 领 域 巳 成 定 论 。 新 型 器 件 的 发 展 不仅 为 交 流 电 机 变 频 调 速 提 供 了 较 高 的 频 率 ,使 其 性 能 更 加 完 善 可 靠 ,而 且 使 现 代 电 子 技术 不 断 向 高 频 化 发 展 ,为 用 电 设 备 的 高

9、 效 节 材 节 能 ,实 现 小 型 轻 量 化 ,机 电 一 体 化 和 智 能化 提 供 了 重 要 的 技 术 基 础 。 现 代 电 力 电 子 的 应 用 领 域计 算 机 高 效 率 绿 色 电 源高 速 发 展 的 计 算 机 技 术 带 领 人 类 进 入 了 信 息 社 会 ,同 时 也 促 进 了 电 源 技 术 的 迅 速发 展 。 八 十 年 代 ,计 算 机 全 面 采 用 了 开 关 电 源 ,率 先 完 成 计 算 机 电 源 换 代 。 接 着 开 关 电源 技 术 相 继 进 入 了 电 子 、 电 器 设 备 领 域 。 计 算 机 技 术 的 发 展 ,

10、提 出 绿 色 电 脑 和 绿色 电 源 。 绿 色 电 脑 泛 指 对 环 境 无 害 的 个 人 电 脑 和 相 关 产 品 ， 绿 色 电 源 系 指 与 绿 色 电 脑 相关 的 高 效 省 电 电 源 ,根 据 美 国 环 境 保 护 署 l992年 6月 17日 “能 源 之 星 “计 划 规 定 ,桌 上 型个 人 电 脑 或 相 关 的 外 围 设 备 ,在 睡 眠 状 态 下 的 耗 电 量 若 小 于 30瓦 ,就 符 合 绿 色 电 脑 的 要求 ， 提 高 电 源 效 率 是 降 低 电 源 消 耗 的 根 本 途 径 。 就 目 前 效 率 为 75%的 200瓦 开

11、 关 电 源而 言 ,电 源 自 身 要 消 耗 50瓦 的 能 源 。 通 信 用 高 频 开 关 电 源通 信 业 的 迅 速 发 展 极 大 的 推 动 了 通 信 电 源 的 发 展 。 高 频 小 型 化 的 开 关 电 源 及 其 技 术已 成 为 现 代 通 信 供 电 系 统 的 主 流 。 在 通 信 领 域 中 ,通 常 将 整 流 器 称 为 一 次 电 源 ,而 将 直流 -直 流 (DC/DC)变 换 器 称 为 二 次 电 源 。 一 次 电 源 的 作 用 是 将 单 相 或 三 相 交 流 电 网 变 换成 标 称 值 为 48V 的 直 流 电 源 。 目 前

12、 在 程 控 交 换 机 用 的 一 次 电 源 中 ,传 统 的 相 控 式 稳 压电 源 己 被 高 频 开 关 电 源 取 代 ,高 频 开 关 电 源 (也 称 为 开 关 型 整 流 器 SMR)通 过 MOSFET或 IGBT 的 高 频 工 作 ,开 关 频 率 一 般 控 制 在 50-100kHz 范 围 内 ,实 现 高 效 率 和 小 型 化 。近 几 年 ,开 关 整 流 器 的 功 率 容 量 不 断 扩 大 ,单 机 容 量 己 从 48V/12.5A、 48V/20A 扩 大 到48V/200A、 48V/400A。 因 通 信 设 备 中 所 用 集 成 电 路

13、 的 种 类 繁 多 ,其 电 源 电 压 也各 不 相 同 ,在 通 信 供 电 系 统 中 采 用 高 功 率 密 度 的 高 频 DC-DC 隔 离 电 源 模 块 ,从 中 间 母线 电 压 (一 般 为 48V 直 流 )变 换 成 所 需 的 各 种 直 流 电 压 ,这 样 可 大 大 减 小 损 耗 、 方 便 维 护 ,且安 装 、 增 加 非 常 方 便 。 一 般 都 可 直 接 装 在 标 准 控 制 板 上 ,对 二 次 电 源 的 要 求 是 高 功 率密 度 。 因 通 信 容 量 的 不 断 增 加 ,通 信 电 源 容 量 也 将 不 断 增 加 。 直 流

14、-直 流 (DC/DC)变 换 器DC/DC 变 换 器 将 一 个 固 定 的 直 流 电 压 变 换 为 可 变 的 直 流 电 压 ,这 种 技 术 被 广 泛 应用 于 无 轨 电 车 、 地 铁 列 车 、 电 动 车 的 无 级 变 速 和 控 制 ,同 时 使 上 述 控 制 获 得 加 速 平 稳 、快 速 响 应 的 性 能 ,并 同 时 收 到 节 约 电 能 的 效 果 。 用 直 流 斩 波 器 代 替 变 阻 器 可 节 约 电 能(2030)%。 直 流 斩 波 器 不 仅 能 起 调 压 的 作 用 (开 关 电 源 ), 同 时 还 能 起 到 有 效 地 抑

15、制 电网 侧 谐 波 电 流 噪 声 的 作 用 。 通 信 电 源 的 二 次 电 源 DC/DC 变 换 器 已 商 品 化 ,模 块采 用 高 频 PWM 技 术 ,开 关 频 率 在 500kHz 左 右 ,功 率 密 度 为 5W20W/in3。 随 着 大 规 模集 成 电 路 的 发 展 ,要 求 电 源 模 块 实 现 小 型 化 ,因 此 就 要 不 断 提 高 开 关 频 率 和 采 用 新 的 电路 拓 扑 结 构 ,目 前 已 有 一 些 公 司 研 制 生 产 了 采 用 零 电 流 开 关 和 零 电 压 开 关 技 术 的 二 次 电源 模 块 ,功 率 密 度

16、有 较 大 幅 度 的 提 高 。 不 间 断 电 源 (UPS)不 间 断 电 源 (UPS)是 计 算 机 、 通 信 系 统 以 及 要 求 提 供 不 能 中 断 场 合 所 必 须 的 一 种 高可 靠 、 高 性 能 的 电 源 。 交 流 市 电 输 入 经 整 流 器 变 成 直 流 ,一 部 分 能 量 给 蓄 电 池 组 充 电 ,另 一 部 分 能 量 经 逆 变 器 变 成 交 流 ,经 转 换 开 关 送 到 负 载 。 为 了 在 逆 变 器 故 障 时 仍 能 向 负载 提 供 能 量 ,另 一 路 备 用 电 源 通 过 电 源 转 换 开 关 来 实 现 。

17、现 代 UPS 普 遍 了 采 用脉 宽 调 制 技 术 和 功 率 M0SFET、 IGBT 等 现 代 电 力 电 子 器 件 ,电 源 的 噪 声 得 以 降 低 ,而效 率 和 可 靠 性 得 以 提 高 。 微 处 理 器 软 硬 件 技 术 的 引 入 ,可 以 实 现 对 UPS 的 智 能 化 管 理 ,进行 远 程 维 护 和 远 程 诊 断 。 目 前 在 线 式 UPS 的 最 大 容 量 已 可 作 到 600kVA。 超 小型 UPS 发 展 也 很 迅 速 ,已 经 有 0.5kVA、 lVA、 2kVA、 3kVA 等 多 种 规 格 的 产 品 。 变 频 器

18、电 源变 频 器 电 源 主 要 用 于 交 流 电 机 的 变 频 调 速 ,其 在 电 气 传 动 系 统 中 占 据 的 地 位 日 趋 重要 ,已 获 得 巨 大 的 节 能 效 果 。 变 频 器 电 源 主 电 路 均 采 用 交 流 -直 流 -交 流 方 案 。 工 频 电 源通 过 整 流 器 变 成 固 定 的 直 流 电 压 ,然 后 由 大 功 率 晶 体 管 或 IGBT 组 成 的 PWM 高 频 变换 器 , 将 直 流 电 压 逆 变 成 电 压 、 频 率 可 变 的 交 流 输 出 ,电 源 输 出 波 形 近 似 于 正 弦 波 ,用于 驱 动 交 流 异

19、 步 电 动 机 实 现 无 级 调 速 。 国 际 上 400kVA 以 下 的 变 频 器 电 源 系 列产 品 已 经 问 世 。 八 十 年 代 初 期 ,日 本 东 芝 公 司 最 先 将 交 流 变 频 调 速 技 术 应 用 于 空 调 器 中 。至 1997年 ,其 占 有 率 已 达 到 日 本 家 用 空 调 的 70%以 上 。 变 频 空 调 具 有 舒 适 、 节 能 等 优点 。 国 内 于 90年 代 初 期 开 始 研 究 变 频 空 调 ,96年 引 进 生 产 线 生 产 变 频 空 调 器 ,逐 渐 形 成变 频 空 调 开 发 生 产 热 点 。 预 计

20、 到 2000年 左 右 将 形 成 高 潮 。 变 频 空 调 除 了 变 频 电 源 外 ,还 要 求 有 适 合 于 变 频 调 速 的 压 缩 机 电 机 。 优 化 控 制 策 略 ,精 选 功 能 组 件 ,是 空 调 变 频 电源 研 制 的 进 一 步 发 展 方 向 。 高 频 逆 变 式 整 流 焊 机 电 源高 频 逆 变 式 整 流 焊 机 电 源 是 一 种 高 性 能 、 高 效 、 省 材 的 新 型 焊 机 电 源 ,代 表 了 当今 焊 机 电 源 的 发 展 方 向 。 由 于 IGBT 大 容 量 模 块 的 商 用 化 ,这 种 电 源 更 有 着 广

21、阔 的 应 用前 景 。逆 变 焊 机 电 源 大 都 采 用 交 流 -直 流 -交 流 -直 流 (AC-DC-AC-DC)变 换 的 方 法 。50Hz 交 流 电 经 全 桥 整 流 变 成 直 流 ,IGBT 组 成 的 PWM 高 频 变 换 部 分 将 直 流 电 逆 变 成20kHz 的 高 频 矩 形 波 ,经 高 频 变 压 器 耦 合 , 整 流 滤 波 后 成 为 稳 定 的 直 流 ,供 电 弧 使 用 。 由 于 焊 机 电 源 的 工 作 条 件 恶 劣 ,频 繁 的 处 于 短 路 、 燃 弧 、 开 路 交 替 变 化 之 中 ,因 此 高 频逆 变 式 整

22、流 焊 机 电 源 的 工 作 可 靠 性 问 题 成 为 最 关 键 的 问 题 ,也 是 用 户 最 关 心 的 问 题 。采 用 微 处 理 器 做 为 脉 冲 宽 度 调 制 (PWM)的 相 关 控 制 器 ,通 过 对 多 参 数 、 多 信 息 的 提 取与 分 析 ,达 到 预 知 系 统 各 种 工 作 状 态 的 目 的 ,进 而 提 前 对 系 统 做 出 调 整 和 处 理 ,解 决 了 目前 大 功 率 IGBT 逆 变 电 源 可 靠 性 。 国 外 逆 变 焊 机 已 可 做 到 额 定 焊 接 电 流 300A,负 载 持 续 率 60%,全 载 电 压 607

23、5V,电 流 调 节 范 围 5300A,重 量 29kg。 大 功 率 开 关 型 高 压 直 流 电 源大 功 率 开 关 型 高 压 直 流 电 源 广 泛 应 用 于 静 电 除 尘 、 水 质 改 良 、 医 用 X 光 机 和 CT机 等 大 型 设 备 。 电 压 高 达 50l59kV,电 流 达 到 0.5A 以 上 ,功 率 可 达 100kW。 自 从70年 代 开 始 ,日 本 的 一 些 公 司 开 始 采 用 逆 变 技 术 ,将 市 电 整 流 后 逆 变 为 3kHz 左 右 的 中频 ,然 后 升 压 。 进 入 80年 代 ,高 频 开 关 电 源 技 术

24、迅 速 发 展 。 德 国 西 门 子 公 司 采 用 功 率 晶体 管 做 主 开 关 元 件 ,将 电 源 的 开 关 频 率 提 高 到 20kHz 以 上 。 并 将 干 式 变 压 器 技 术 成 功的 应 用 于 高 频 高 压 电 源 ,取 消 了 高 压 变 压 器 油 箱 ,使 变 压 器 系 统 的 体 积 进 一 步 减 小 。 国 内 对 静 电 除 尘 高 压 直 流 电 源 进 行 了 研 制 ,市 电 经 整 流 变 为 直 流 ,采 用 全 桥 零 电 流 开 关串 联 谐 振 逆 变 电 路 将 直 流 电 压 逆 变 为 高 频 电 压 ,然 后 由 高 频

25、 变 压 器 升 压 ,最 后 整 流 为 直流 高 压 。 在 电 阻 负 载 条 件 下 ,输 出 直 流 电 压 达 到 55kV,电 流 达 到 15mA,工 作 频 率 为25.6kHz。 电 力 有 源 滤 波 器传 统 的 交 流 -直 流 (AC-DC)变 换 器 在 投 运 时 ,将 向 电 网 注 入 大 量 的 谐 波 电 流 ,引 起 谐波 损 耗 和 干 扰 ,同 时 还 出 现 装 置 网 侧 功 率 因 数 恶 化 的 现 象 ,即 所 谓 “电 力 公 害 ”,例 如 ,不可 控 整 流 加 电 容 滤 波 时 ,网 侧 三 次 谐 波 含 量 可 达 (708

26、0)%,网 侧 功 率 因 数 仅 有0.50.6。 电 力 有 源 滤 波 器 是 一 种 能 够 动 态 抑 制 谐 波 的 新 型 电 力 电 子 装 置 ,能 克服 传 统 LC 滤 波 器 的 不 足 ,是 一 种 很 有 发 展 前 途 的 谐 波 抑 制 手 段 。 滤 波 器 由 桥 式 开 关 功率 变 换 器 和 具 体 控 制 电 路 构 成 。 与 传 统 开 关 电 源 的 区 别 是 :(l)不 仅 反 馈 输 出 电 压 ,还 反馈 输 入 平 均 电 流 ; (2)电 流 环 基 准 信 号 为 电 压 环 误 差 信 号 与 全 波 整 流 电 压 取 样 信

27、 号之 乘 积 。 分 布 式 开 关 电 源 供 电 系 统分 布 式 电 源 供 电 系 统 采 用 小 功 率 模 块 和 大 规 模 控 制 集 成 电 路 作 基 本 部 件 ,利 用 最新 理 论 和 技 术 成 果 ,组 成 积 木 式 、 智 能 化 的 大 功 率 供 电 电 源 ,从 而 使 强 电 与 弱 电 紧 密 结合 ,降 低 大 功 率 元 器 件 、 大 功 率 装 置 (集 中 式 )的 研 制 压 力 ,提 高 生 产 效 率 。 八 十 年代 初 期 ,对 分 布 式 高 频 开 关 电 源 系 统 的 研 究 基 本 集 中 在 变 换 器 并 联 技

28、术 的 研 究 上 。 八 十年 代 中 后 期 ,随 着 高 频 功 率 变 换 技 术 的 迅 述 发 展 ， 各 种 变 换 器 拓 扑 结 构 相 继 出 现 ,结 合大 规 模 集 成 电 路 和 功 率 元 器 件 技 术 ,使 中 小 功 率 装 置 的 集 成 成 为 可 能 ,从 而 迅 速 地 推 动了 分 布 式 高 频 开 关 电 源 系 统 研 究 的 展 开 。 自 八 十 年 代 后 期 开 始 ,这 一 方 向 已 成 为 国 际电 力 电 子 学 界 的 研 究 热 点 ,论 文 数 量 逐 年 增 加 ， 应 用 领 域 不 断 扩 大 。 分 布 供 电

29、方式 具 有 节 能 、 可 靠 、 高 效 、 经 济 和 维 护 方 便 等 优 点 。 已 被 大 型 计 算 机 、 通 信 设 备 、 航 空航 天 、 工 业 控 制 等 系 统 逐 渐 采 纳 ,也 是 超 高 速 型 集 成 电 路 的 低 电 压 电 源 (3.3V)的 最 为理 想 的 供 电 方 式 。 在 大 功 率 场 合 ,如 电 镀 、 电 解 电 源 、 电 力 机 车 牵 引 电 源 、 中 频 感 应 加热 电 源 、 电 动 机 驱 动 电 源 等 领 域 也 有 广 阔 的 应 用 前 景 。 高 频 开 关 电 源 的 发 展 趋 势 在 电 力 电

30、子 技 术 的 应 用 及 各 种 电 源 系 统 中 ， 开 关 电 源 技 术 均 处 于 核 心 地 位 。 对 于大 型 电 解 电 镀 电 源 ,传 统 的 电 路 非 常 庞 大 而 笨 重 ,如 果 采 用 高 顿 开 关 电 源 技 术 ,其 体 积 和重 量 都 会 大 幅 度 下 降 ,而 且 可 极 大 提 高 电 源 利 用 效 率 、 节 省 材 料 、 降 低 成 本 。 在 电 动 汽车 和 变 频 传 动 中 ,更 是 离 不 开 开 关 电 源 技 术 ， 通 过 开 关 电 源 改 变 用 电 频 率 ,从 而 达 到 近于 理 想 的 负 载 匹 配 和

31、驱 动 控 制 。 高 频 开 关 电 源 技 术 ,更 是 各 种 大 功 率 开 关 电 源 (逆 变 焊机 、 通 讯 电 源 、 高 频 加 热 电 源 、 激 光 器 电 源 、 电 力 操 作 电 源 等 )的 核 心 技 术 。 高 频 化理 论 分 析 和 实 践 经 验 表 明 ,电 气 产 品 的 变 压 器 、 电 感 和 电 容 的 体 积 重 量 与 供 电 频 率的 平 方 根 成 反 比 。 所 以 当 我 们 把 频 率 从 工 频 50Hz 提 高 到 20kHz,提 高 400倍 的 话 ,用 电设 备 的 体 积 重 量 大 体 下 降 至 工 频 设 计

32、 的 5l0%。 无 论 是 逆 变 式 整 流 焊 机 ,还 是 通 讯 电源 用 的 开 关 式 整 流 器 ,都 是 基 于 这 一 原 理 。 同 样 ,传 统 “整 流 行 业 ”的 电 镀 、 电 解 、 电 加工 、 充 电 、 浮 充 电 、 电 力 合 闸 用 等 各 种 直 流 电 源 也 可 以 根 据 这 一 原 理 进 行 改 造 , 成为 “开 关 变 换 类 电 源 ”,其 主 要 材 料 可 以 节 约 90%或 更 高 ,还 可 节 电 30%或 更 多 。 由 于 功率 电 子 器 件 工 作 频 率 上 限 的 逐 步 提 高 ,促 使 许 多 原 来 采

33、 用 电 子 管 的 传 统 高 频 设 备 固 态 化 ,带来 显 著 节 能 、 节 水 、 节 约 材 料 的 经 济 效 益 ,更 可 体 现 技 术 含 量 的 价 值 。 模 块 化模 块 化 有 两 方 面 的 含 义 ,其 一 是 指 功 率 器 件 的 模 块 化 ,其 二 是 指 电 源 单 元 的 模 块 化 。我 们 常 见 的 器 件 模 块 ,含 有 一 单 元 、 两 单 元 、 六 单 元 直 至 七 元 ,包 括 开 关 器 件 和 与 之 反并 联 的 续 流 二 极 管 ,实 质 上 都 属 于 “标 准 ”功 率 模 块 (SPM)。 近 年 ,有 些

34、公 司 把 开 关 器 件的 驱 动 保 护 电 路 也 装 到 功 率 模 块 中 去 ,构 成 了 “智 能 化 ”功 率 模 块 (IPM),不 但 缩 小 了 整 机的 体 积 ,更 方 便 了 整 机 的 设 计 制 造 。 实 际 上 ,由 于 频 率 的 不 断 提 高 ,致 使 引 线 寄 生 电 感 、寄 生 电 容 的 影 响 愈 加 严 重 ,对 器 件 造 成 更 大 的 电 应 力 (表 现 为 过 电 压 、 过 电 流 毛 刺 )。为 了 提 高 系 统 的 可 靠 性 ,有 些 制 造 商 开 发 了 “用 户 专 用 ”功 率 模 块 (ASPM),它 把 一

35、 台 整 机的 几 乎 所 有 硬 件 都 以 芯 片 的 形 式 安 装 到 一 个 模 块 中 ,使 元 器 件 之 间 不 再 有 传 统 的 引 线连 接 ,这 样 的 模 块 经 过 严 格 、 合 理 的 热 、 电 、 机 械 方 面 的 设 计 ,达 到 优 化 完 美 的 境 地 。它 类 似 于 微 电 子 中 的 用 户 专 用 集 成 电 路 (ASIC)。 只 要 把 控 制 软 件 写 入 该 模 块 中 的 微 处理 器 芯 片 ,再 把 整 个 模 块 固 定 在 相 应 的 散 热 器 上 ,就 构 成 一 台 新 型 的 开 关 电 源 装 置 。 由此 可

36、 见 ,模 块 化 的 目 的 不 仅 在 于 使 用 方 便 ,缩 小 整 机 体 积 ,更 重 要 的 是 取 消 传 统 连 线 ,把寄 生 参 数 降 到 最 小 ,从 而 把 器 件 承 受 的 电 应 力 降 至 最 低 ,提 高 系 统 的 可 靠 性 。 另 外 ,大功 率 的 开 关 电 源 ,由 于 器 件 容 量 的 限 制 和 增 加 冗 余 提 高 可 靠 性 方 面 的 考 虑 ,一 般 采 用 多个 独 立 的 模 块 单 元 并 联 工 作 ,采 用 均 流 技 术 ,所 有 模 块 共 同 分 担 负 载 电 流 ,一 旦 其 中 某 个模 块 失 效 ,其

37、它 模 块 再 平 均 分 担 负 载 电 流 。 这 样 ,不 但 提 高 了 功 率 容 量 , 在 有 限 的 器 件容 量 的 情 况 下 满 足 了 大 电 流 输 出 的 要 求 , 而 且 通 过 增 加 相 对 整 个 系 统 来 说 功 率 很 小 的冗 余 电 源 模 块 ,极 大 的 提 高 系 统 可 靠 性 ,即 使 万 一 出 现 单 模 块 故 障 ,也 不 会 影 响 系 统 的 正常 工 作 ,而 且 为 修 复 提 供 充 分 的 时 间 。 数 字 化在 传 统 功 率 电 子 技 术 中 ,控 制 部 分 是 按 模 拟 信 号 来 设 计 和 工 作

38、的 。 在 六 、 七 十 年 代 ,电 力 电 子 技 术 完 全 是 建 立 在 模 拟 电 路 基 础 上 的 。 但 是 ,现 在 数 字 式 信 号 、 数 字 电 路 显得 越 来 越 重 要 ,数 字 信 号 处 理 技 术 日 趋 完 善 成 熟 ,显 示 出 越 来 越 多 的 优 点 :便 于 计 算 机 处理 控 制 、 避 免 模 拟 信 号 的 畸 变 失 真 、 减 小 杂 散 信 号 的 干 扰 (提 高 抗 干 扰 能 力 )、 便 于 软件 包 调 试 和 遥 感 遥 测 遥 调 ,也 便 于 自 诊 断 、 容 错 等 技 术 的 植 入 。 所 以 ,在

39、八 、 九 十 年 代 ,对于 各 类 电 路 和 系 统 的 设 计 来 说 ,模 拟 技 术 还 是 有 用 的 ,特 别 是 :诸 如 印 制 版 的 布 图 、 电 磁兼 容 (EMC)问 题 以 及 功 率 因 数 修 正 (PFC)等 问 题 的 解 决 ,离 不 开 模 拟 技 术 的 知 识 ,但 是对 于 智 能 化 的 开 关 电 源 ,需 要 用 计 算 机 控 制 时 ,数 字 化 技 术 就 离 不 开 了 。 绿 色 化电 源 系 统 的 绿 色 化 有 两 层 含 义 :首 先 是 显 著 节 电 , 这 意 味 着 发 电 容 量 的节 约 ,而 发 电 是 造

40、 成 环 境 污 染 的 重 要 原 因 ,所 以 节 电 就 可 以 减 少 对 环 境 的 污 染 ;其 次 这 些 电 源 不 能 (或 少 )对 电 网 产 生 污 染 ,国 际 电 工 委 员 会 (IEC)对 此 制 定 了一 系 列 标 准 ,如 IEC555、 IEC917、 IECl000等 。 事 实 上 ,许 多 功 率 电 子 节 电设 备 ,往 往 会 变 成 对 电 网 的 污 染 源 :向 电 网 注 入 严 重 的 高 次 谐 波 电 流 ,使 总 功率 因 数 下 降 ,使 电 网 电 压 耦 合 许 多 毛 刺 尖 峰 ,甚 至 出 现 缺 角 和 畸 变

41、。 20世 纪末 ,各 种 有 源 滤 波 器 和 有 源 补 偿 器 的 方 案 诞 生 ,有 了 多 种 修 正 功 率 因 数 的 方 法 。这 些 为 2l 世 纪 批 量 生 产 各 种 绿 色 开 关 电 源 产 品 奠 定 了 基 础 。 现 代 电力 电 子 技 术 是 开 关 电 源 技 术 发 展 的 基 础 。 随 着 新 型 电 力 电 子 器 件 和 适 于 更 高开 关 频 率 的 电 路 拓 扑 的 不 断 出 现 ,现 代 电 源 技 术 将 在 实 际 需 要 的 推 动 下 快 速发 展 。 在 传 统 的 应 用 技 术 下 ,由 于 功 率 器 件 性

42、能 的 限 制 而 使 开 关 电 源 的 性 能受 到 影 响 。 为 了 极 大 发 挥 各 种 功 率 器 件 的 特 性 ,使 器 件 性 能 对 开 关 电 源 性 能的 影 响 减 至 最 小 ,新 型 的 电 源 电 路 拓 扑 和 新 型 的 控 制 技 术 ,可 使 功 率 开 关 工 作在 零 电 压 或 零 电 流 状 态 ,从 而 可 大 大 的 提 高 工 作 频 率 ,提 高 开 关 电 源 工 作 效 率 ,设计 出 性 能 优 良 的 开 关 电 源 。 总 而 言 之 ,电 力 电 子 及 开 关 电 源 技 术 因 应 用需 求 不 断 向 前 发 展 ,新

43、 技 术 的 出 现 又 会 使 许 多 应 用 产 品 更 新 换 代 ,还 会 开 拓 更多 更 新 的 应 用 领 域 。 开 关 电 源 高 频 化 、 模 块 化 、 数 字 化 、 绿 色 化 等 的 实 现 ,将 标 志 着 这 些 技 术 的 成 熟 ,实 现 高 效 率 用 电 和 高 品 质 用 电 相 结 合 。 这 几 年 ,随 着 通 信 行 业 的 发 展 ,以 开 关 电 源 技 术 为 核 心 的 通 信 用 开 关 电 源 ,仅 国 内 有20多 亿 人 民 币 的 市 场 需 求 ,吸 引 了 国 内 外 一 大 批 科 技 人 员 对 其 进 行 开 发

44、研 究 。开 关 电 源 代 替 线 性 电 源 和 相 控 电 源 是 大 势 所 趋 ,因 此 ,同 样 具 有 几 十 亿 产 值 需求 的 电 力 操 作 电 源 系 统 的 国 内 市 场 正 在 启 动 ,并 将 很 快 发 展 起 来 。 还 有 其 它许 多 以 开 关 电 源 技 术 为 核 心 的 专 用 电 源 、 工 业 电 源 正 在 等 待 着 人 们 去 开 发 。 半 导 体 器 件 基 础半 导 体 概 述 半 导 体 系 指 一 种 导 电 性 可 受 控 制 ， 范 围 可 从 绝 缘 体 至 导 体 之 间的 材 料 。 无 论 从 科 技 或 是 经 济 发 展 的 角 度 来 看 ， 半 导 体 的 重 要 性 都 是 非 常 巨 大 的 。 今 日大 部 分 的 电 子 产 品 ， 如 电 脑 、 移 动 电 话 或 是 数 位 录 放 音 机 当 中 的 核 心 单 元 都 和 半 导 体 有着 极 为 密 切 的 关 连 。 常 见 的 半 导 体 材 料 有 硅 、 锗 、 砷 化 镓 等 ， 而 硅 更 是 各 种 半 导 体 材 料中 ， 在 商 业 应 用 上 最 具 有 影 响 力 的 一 种 。 半 导 体 二 极 管 双 极 型 晶 体 管 场 效 应 管