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《电力电子驱动技术》讲座讨论

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  • 2020-4-3 21:49:51
感谢世纪电源网和工程师及网友支持,于上周举行《现代电力电子驱动技术》在线讲座。
现将该讲座复盘并回复大家提到的问题。
技术不讨论不精,问题不讨论不明。
诚请大家参与指导。
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  • 2020-4-3 21:56:34
 
所谓《现代电力电子驱动技术》是现代人类利用能源的水平空前提高时,连接控制中心与被操控功率级间的连接技术。
电力电子技术是一个苛刻效率和稳定的电源变换技术。对失真有一定要求;旦非主要目的。如电源;常见规格都有允许大于0.1%的误差,相对动辄0.01%误差的信号放大电路,有数量级差异。。
驱动技术,以信号实时性和完整性为主要目标,坚固效率为电力电子元件服务为对象的技术。


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  • 2020-4-3 22:12:56
 
从人类发展史看,人类文明史就是一部能源利用史。
从茹毛饮血到用火烧烤熟食,再到学会烹饪并上升为一种文化和享受。
从千年前工匠秘传的铜铁陶罐电池为佛像镀金到大型火力、水力、核能、太阳能、风能等等支撑起的现代动力、照明、信息等等文明要素。
每一次进步都是利用能源上行的一个台阶。
未来超导对能源管理、代森球的实现和2.0级的文明,都在仰仗诸位每一步的努力和对技术和人类贡献的追求。

从图中;我们可以看出,能量从风、火、核、水等基础物理能量转换到你的手机、空调、灯具等等现代生活各方面的能源流。
每一步都需要我们通过功率元件;精心的能源管控。

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  • 2020-4-3 22:17:26
 
控制——驱动——功率三者关系

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  • 2020-4-4 09:19:41
 
现代人来利用能源的发展过程,实际上也是对以分子级利用(如燃烧等)向亚原子(如核能)进化的过程。未来会是向暗物质和暗能量发起探索?也未可知。
而电;最早的探索是基于溶液的离子导电理论。后来;发现金属导电完全不同于溶液,是电子导电。于是乎,我们现在电线里的实际电流方向总是与标的相反(^_^习惯乎?)
在弄明白金属良导体导电后,人类向似乎导电不太理想的半导体和某些情况下超级无电阻导电发起了探索。。。

这些”非常态“果然另有天地。半导体中发现了空穴和电子型导电机理,超导中发现了库柏对超导机理。
控制空穴和电子密度,能让半导体象门扇一样开合。库柏对还能让陶瓷在高温(目前还限制在液氮温区)变得没电阻,旦在磁场下;又恢复阻态。
煽动开合的”门“;让人们有了和可能控制”电“的操作欲望和手段。

驱动;就是“控门之手”。
对于室温附近,我们能方便之用的,就是半导体开关。
半导体“之门”在开关转换过程中,有导通(门完全开)、线性(半开半掩)、阻断(完全关闭)三个状态。
^_^你可以试试,看看你能不能突然把门打开或关闭而没有半开掩过程。。。当心别把门弄坏欧。。。哈哈

如何把门开关好(导通和关断);控制好开关过程(开关速度和抗燥),如何处理好堵门(冲击和短路),称为“驱动学”的重要研究方向——无论这元件是分离的还是集成的;长的啥模样。。。

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  • 2020-4-4 14:39:14
 
三大类驱动架构概貌

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  • 2020-4-4 14:41:14
 
需要注意的是,高压驱动方案中的变压器;并非传统意义上的脉冲变压器,而是用高压电缆串绕的中高频电流互感器。可以用于35kV以下场合。
光纤方案不仅用于高压、超高压输变电、电源谐波及功率因素补偿,还广泛用于大型、超大型变流设备。
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  • 2020-4-4 14:47:08
 
晶闸管驱动篇:
SCR晶片K/G面。
带边框的音色线条部分:蒸镀了铝层的驱动门极
黑色(深蓝色)边框部分:绝缘隔离区
其余银白色:K阴极

未显示的背面;是蒸镀了铝层的A阳极。


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  • 2020-4-5 10:47:02
 
SCR是人类第一个掌握的可控半导体大功率电力电子元件。
当时的年代,人类刚建立了自动控制理论。小功率三极管制程还没有完善(直到八十年代后期,英特尔才实现超净环境生产环境,成品率就别提了。。。)。这种利用PNP-NPN符合,实现自持导通和关断的方案;有效避免了由于可能的控制问题;使器件长时间落入线性区而损坏。是相当了不起的发明。
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  • 2020-4-5 11:04:44
 
SCR前身:
SCR百年,人类已经开始进入电文明。用电照明、工业生产。蛋是,总有20~30%需要直流供电。于是,于1902年,人类发明了第一个可控整流器件:水银整流器!
水银整流器是一种大型功率真空设备。。。^_^是设备!一个玻璃泡里灌了半壶;数公斤重的水银,往外引了两个电极和可控制端的真空玻璃罐!
原理更简单,真空环境;电子或离子总是需要跃出物质表面的束缚才能进入空间;飞入对方电极。而热端的电子或离子因电子或离子有更大热运动动能而更容易逸出。所以;冷水银对热电极,自然形成了冷热端,形成以单向可控电子发射为主的单向电流阀。
当然;由于真空环境下(实际是很低压水银蒸汽环境),很难形成链式增值电子发射,利用控制端高压火花注入局部高浓度电子,点燃单向电弧。
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  • 2020-4-5 11:15:26
 
水银整流器理论很成熟,旦在广泛电子发射的电子弧中;偶然掺杂的离子发射;仍然会有爆发离子弧(逆弧)而使单向电流阀变成双向导电电弧。
加之几十伏的近极压降,导致故障频发同时;效率并不高。旦好在有数公斤水银压舱,虽然经常挂;要彻底弄死可是要以秒级为时间单位滴。
呵呵,说白了;用个普通保险,就能大概率的保它重生。换个保险;推上开关继续玩!
六十+年的习惯,逐渐成为当时的习惯。。。
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  • 2020-4-5 11:31:56
 
SCR开始使用:
六十年代,随着半导体技术发展,人类发明并开始使用SCR,并取名晶闸管、可控硅。
SCR的仅有2V左右压降和小得多的体积、无水银等毒金属,寿命长等有点,很快被大家喜欢。
1992年,曾在湘潭电化厂,发现还在正常使用的;1968年由西安电力整流器长生产的电解整流装置。。。

虽然SCR很可靠,旦一旦故障;却是致命的,数克重的硅片;显然无法和数公斤的水银热容量相匹敌,扛个10mS的短路冲击已是极限。用原来的普通保险已无法保护SCR。于是人类又有了个神发明:快速熔断器!一种用高强度陶瓷壳;装上98%工业纯银+纯净石英砂和镀厚银高强度耐火铜做成的保险。(来自网络的快速熔断器图片)
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  • 2020-4-5 11:43:37
 
这种保险的电流很大,常见产品电流从5A~2000A,电压从DC200V~2000V。
对的!!!是直流分断!!!!与普通保险完全不同!!!

普通保险是利用燃弧时产生高的气压灭/吹弧,在电压/电流过零是分断。而快速熔断器无需过零,直接分断。在短路状态下,1mS即可分断。

还有个特别滴。。。普通保险里,是铜、锌、锡、铅这类金属或合金。而快速熔断器里用的是纯银!一个千安级保险,熔断后的残留纯银,都够打个纯银戒指了。。。^_^
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  • 2020-4-5 12:01:50
 
SCR今世:
SCR曾经是大功率电源的必选之一,曾广泛用于军事、工业和民用整流和逆变装置。现如今;中小功率已被全控型IGBT/MOSFET取代。
现主要用在加热(比如家用油町、玻璃工业的浮法锡漕。。。)、超声波设备、电冶、电镀、电机控制等大功率变流、直流输变电等。
SCR单个元件达到8000A/8000V,发展出:
KP:普通晶闸管     KK:高速晶闸管    GTO:可关断晶闸管     IGCT:集成门极晶闸管    LTT:光控晶闸管    MCT:场控晶闸管
尤其MCT,在等离子驱动和高能武器精准点火等领域,还无可替代。
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  • 2020-4-5 12:02:33
 
回归本体;SCR如何驱动?
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  • 2020-4-6 14:15:43
 
SCR标准(GB/T 15291-2015/IEC 60747-6:2000)中触发开通标准参数有:

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  • 2020-4-6 14:19:31
 
触发信号不小于标准(数毫安~数百毫安),同时;流过晶闸管A-K不小于擎住电流时,可控硅维持导通
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  • 2020-4-7 21:48:25
 
由于SCR是大型单胞元件,栅极如同大平原上娟娟小溪,水要从溪中流到大地中每个角落,需要的时间由距离和速度两个参数有关。距离越近;速度越快,SCR开的越快,反之越慢。
于是乎,要快;要么用小元件或用小电流管并联成大元件,要么用高压大电流触发,要么制作更密的门极(挖更多小水沟)呵呵。


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  • 2020-4-7 21:55:02
 
对于设计工程师,最靠谱的可能就是让门极不过载条件下,尽可能快的电流流到硅片的每个角落。

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  • 2020-4-8 15:31:57
 
其余不能用吗?确实有难度。
做密门极线;需要修改晶片设计。门极图形是按最佳分配比设计的。该晶片显然有难度。
至于用小元件。。。元件总电流规格要求来自电路需求,并不是可以随意改的。
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  • 2020-4-8 15:44:59
 
SCR虽然是自持元件,一旦触发就能自扩散到整个晶圆。但是;晶圆电流扩散是相当慢的,对于1000ASCR,自扩散时间达4毫秒。
而对于整流或逆变电路,SCR开通瞬间;电流就几乎可以达到最大值,所以;开通瞬间,由于门极附近SCR局部开始开通,会导致局部电流密度严重超标。
过高电流密度会导致局部过热,轻则逐渐劣化,重则损坏。有些电压电流都没超标的SCR损坏,都是这种原因所为。

为抑制这种故障,有两个方法:
1)串联限流电抗  电感电流不会突变,适当限制下的di/dt;能够部分抑制衰老和失效。但是;电感是需要钱的。。。尤其这种电感多采用空心结构,造价是个问题。
2)用强触发

用变压器漏感能抑制di/dt 吗?
答案是不确定的。在两个SCR切换当中;实际上是瞬间相间短路过程,需要用T型等效电路详细计算下。
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  • 2020-4-8 15:52:05
 
对于强触发SCR 1600A级别,推荐强触发:
上升沿1.2uS,峰值1.5A,维持触发450mA,等效脉宽不小于30度电角度

对于2500A以上,推荐强触发:
上升1.2uS,峰值5A;维持触发450mS,等效脉宽不小于30度电角度

对于串联应用,推荐强触发:
上升1uS,峰值8A,脉宽不小于120uS,并用BOD补偿。
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  • 2020-4-8 16:00:54
 
由于抗干扰需要,G-K间需要并电阻电容;用于短路噪音。通常;抗扰值在100欧、0.1uF水平。
触发线分别独立,防止互相干扰。
所以;实际触发电流,会略大于以上值。

另外;强触发虽然能改善SCR开通特性,旦会导致门极触发损耗增加。由于SCR开通时间大约20~30uS,所以;强触发峰值电流宽度需要限制在200uS以内,旦考虑到SCR需要维持电流才能保持导通,不建议短于50uS。
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  • 2020-4-8 16:02:38
 
对于20A以内SCR,由于管芯很小,建议打折强触发电流或不采用强触发方式。
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  • 2020-4-8 20:55:37
 
稍大功率SCR,基本都是用脉冲变压器隔离驱动的。
按变压器通用计算公式:E=4.44FNQm
驱动变压器输出脉冲电压为8V左右,那么;脉冲越宽越宽,同尺寸变压器的匝数就越大。
按变压器漏感与匝数平方成正比规律,匝数越多;变压器漏感越大。变压器磁芯储能也越大。
所以;要么用大磁芯变压器做脉冲输出;要么用高频调制的方法输出。

其实;在工程中,两种都有用。一般功率等级SCR装置;更多用高频方案。而兆瓦级SCR装置,由于是多元件并联;需要更高可靠性触发,更多用大磁芯脉冲变压器方案。
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  • 2020-4-8 21:06:31
 
SCR可以工作在整流、逆变和交流开关等多方面。前面着重分析了整流驱动模式。那么;逆变和交流开关呢?
后两个用途有个共同特点。
前面提及的整流;触发失败或驱动脉冲丢失时,仅是输出电压降低,并不会导致炸鸡问题。而逆变和交流开关却完全没有那么抗噪。
由于SCR是半控器件,管开不管关,完全靠外接自然或强迫环流而恢复阻态。正因如此,丢脉冲对逆变和交流开关电路就意味着无法关断而炸元件和保险。
所以;对这两个电路,多了补脉冲电路。即出了正常驱动脉冲外;在特定的固定时间发出脉冲而试电路保持在可忍受范围之内。

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  • 2020-4-9 21:21:24
 
典型脉冲变压器驱动电路:
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  • 2020-4-9 20:09:19
 
SCR驱动变压器设计及其类似正激拓扑。基础公式:E=NdQ/dt
当磁芯磁通归零条件下,变压器匝数:N=Uin*ton/(S*B)
注:  N:  变压器匝数
        ton:授电时间
        S:   磁芯截面积
        B:   磁感应强度
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  • 2020-4-9 20:27:53
 
以输入24V;20kHz 50%占空比计算,以EE16做脉冲变压器时,一次绕组:
N1=E×ton/SB=24V*25^-6/(0.2^-4*0.3)=100匝——B取0.3T
取3:1;输出8V,二次绕组:
N2=100/3=33N

按持续输出450mA;30度脉宽持续时间:
N2电流:IN2rms=0.45×2^0.5X(30/360)^0.5=0.092A
取电流密度2A/mm^2 线径为: D2=( 0.092/2/3.14)^0.5=0.24mm

N1: IN1rms=0.092/3=0.031A
      D1=(0.031/2/3.14)^0.5=0.14mm  取0.15mm

开磁芯气隙后,取感量:a=1uH/N
一次绕组感量L1=N^2*a=10mH

实际上,每匝电感量与变压器输出脉冲能力弱相关,也就是磁芯的导磁率和气隙精度要求不高。0.2~1uH/N都是可用范围。
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  • 2020-4-9 20:30:28
 
从变压器储能、磁恢复能量看,磁性导磁率和气隙大小于此有关。气隙越大、磁芯导磁率越低,磁芯磁通越容易归零,旦磁复位能量也越大。
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  • 2020-4-9 21:35:06
 
从典型电路得到;去磁网络DW/D1与气隙和导磁率有关。对于0.15mm左右气隙,推荐DW取24V1W。
如果六路公用,推荐DW取两粒12V 1W串联。
六路公用磁恢复电路:
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  • 2020-4-9 22:23:28
 
二十年前的作业:带模拟接口的全数字SCR三相全桥控制触发板
缓冲接口、CPLD汇编的DSP、七单元功率整列、金封LED。。。


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kmnaxin
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本网技工
  • 2020-7-18 12:40:02
  • 倒数5
 
不错
blueskyy
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总工程师
  • 2020-4-4 15:56:31
 
跟许工学习 ~
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  • 2020-4-4 21:55:51
 
小小彤
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LV2
本网技师
  • 2020-4-4 23:42:54
 
认真学习,谢谢分享。
大鱼海棠
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LV3
助理工程师
  • 2020-4-9 09:10:13
 
问题只有讨论才会有具体的解决,一个人的观点和多个人的观点综合器来才会有好的方案
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  • 2020-4-10 11:09:02
 
GTR驱动篇:
GRT 故名电力晶体管  大功率三极管
国内最早批量生产的全控型电力电子元件。现主要用在开关电源、感应加热、照明、超声波驱动、功率线性放大器(如LDO、音响功放、射频放大等等)
与传统小功率三极管结构一样,GTR是大个的单胞功率器件。
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  • 2020-4-10 16:16:14
 
电力晶体管与传统晶体管结构一样,有PNP和NPN两种,分集电极、基极、发射机三个部分。由于PNP晶体管工艺限制,CE耐压能力仅是NPN型晶体管1/3左右且有软击穿现象。所以,PNP管最高仅有400V产品,而NPN型常见有450V、500V、600V。。。2500V等等全系列产品,电流也从0.5A一直覆盖到100A。
电力晶体管都是NPN结构。
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  • 2020-4-10 16:33:46
 
电力晶体管结构与传统相似,但由于工况不同。由于晶体管基区P层会在导通是变成N区,为保持相对较高电流放大倍数,就必须做的薄且扩散密度低。而发射极,为达到好的发射效果,用了高浓度参杂工艺。这样;基极成了“膜”结构,横向电阻大;基极对C、E的电容也不小。
对于小电流晶体管而言,由于芯片尺寸小,问题还没那么严重,但对于大电流晶体管,这将是灾难性的。
高压大电流开关时,由于基区横向电阻与结电容构成RC延迟网络,导致强制快速开通时,基区附近电流密度大增而别处却因弥勒效应而迟迟无法开启。反之;关断时基区附近先断流而远处硅片因延迟而被大量挤入。虽然晶体管有抗10微秒短路能力,但往复过流导致的瞬间过热积累而局部裂化,形成漏斗装瑕疵而引起二次击穿。

所以,大电流GTR不得不在电流放大性能和抗二次击穿能力做平衡。后来,1200VGTR基区厚度控制在150微米左右,电流增益大约为五倍。
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  • 2020-4-10 16:44:00
 
五倍电流增益实在是不太好玩的结果。试想驱动20A的主电流,需要用至少4A的驱动。。。实际上,为保证导通,工程设定驱动增益仅2~3,也就是工程中用10A去驱动。。。如果驱动电源是8V。。。仅驱动损耗高达80V。。。正对最大20A的开关电流。。。
为工程需要,大电流GTR大多被做成达灵顿结构。。。哈哈,两级增益5的晶体管复合后的增益发到25倍,三级增益就是75倍。。。是不是很帅?
可事情远没那么简单,驱动电流减小了,可开关速度降低了。。。
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  • 2020-4-10 18:53:15
 
为GTR达到最佳效果:
一、从器件方面
1)做了达林顿结构后,末级GTR设置了反向抽流驱动支路。
2)BE做电阻结构。也就是在不同的发射和基极不同物理位置,B-E的PN结上并联电阻。既然基极RC延时无法根治,那就本地泄放。这也导致BE耐受反压能力不高;BE反向抽流电压有限制。
二、从驱动设计方面
1)采用比例驱动。大电流大驱动,小电流小驱动,让器件不至于深度饱和和降低驱动损耗。
2)准饱和钳位。通过控制基极驱动来控制CE电压介于线性和饱和之间。

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  • 2020-4-10 18:56:32
 
GTR及反向抽流支路,抗饱和驱动和电流互感型比例驱动。

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  • 2020-4-10 18:59:23
 
右下侧比例驱动;是不是曾相识?
对的,常见于典型TL494架构半桥拓扑计算机电源中的驱动原理。磨砺数十年;至今还在广泛使用中。
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  • 2020-4-11 21:05:09
 
分享个当年练手的;用GTR做的无散热器单级PFC LLC
Input:AC165~265V
Output:DC12V~29V(带电池侦测保护)4A
裸板DIY   差不多已过三十年,岁月如昨日。
仅这两粒摩托罗拉原装MJE13005,差不多霍霍了两天工资。。。PCB这种非必要费用自然全免了。。。
学习不易,一路默默前行。

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  • 2020-4-10 20:02:18
 
MOSFET/IGBT及驱动篇

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  • 2020-4-11 21:19:54
 
       MOSFET是第一种用集成电路思想发明的电力电子功率元件。它由成千上万甚至百万个小的MOSFET小元件并联而成。每个小MOSFET被称为一个胞。
金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS、PMOS等。
       从名字表面的角度来看MOSFET的命名,事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET里代表“metal”的第一个字母M在当下大部分同类的 元件里是不存在的。早期MOSFET的栅极(gate electrode)使用金属作为其材料,但随著 半导体技术的进步,随后MOSFET栅极使用多晶硅取代了金属。在处理器中,多晶硅栅已经不是主流技术,从英特尔采用45纳米线宽的P1266处理器开始,栅极开始重新使用金属。
       当一个够大的电位差施于MOSFET的 栅极与源极(source)之间时, 电场会在氧化层下方的半导体表面形成感应 电荷,而这时所谓的“反型层”(inversion channel)就会形成。通道的极性与其漏极(drain)与源极相同,假设漏极和源极是N型,那么通道也会是N型。通道形成后,MOSFET即可让电流通过,而依据施于栅极的电压值不同,可由MOSFET的通道流过的电流大小亦会受其控制而改变。
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  • 2020-4-11 21:24:54
 
        IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。主要应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
       1979年,MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。这种器件表现为一个类晶闸管的结构(P-N-P-N四层组成),其特点是通过强碱湿法刻蚀工艺形成了V形槽栅。
       80年代初期,用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。[2]在那个时候,硅芯片的结构是一种较厚的NPT(非穿通)型设计。后来,通过采用PT(穿通)型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个显著改进,这是随着硅片上外延的技术进步,以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的[3]。几年当中,这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构,其设计规则从5微米先进到3微米。
      90年代中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT,它是采用从大规模集成(LSI)工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺,但仍然是穿通(PT)型芯片结构。[4]在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。
       IGBT与MOSFET有相同的绝缘栅输入结构,驱动非常相似。主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分),其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和 N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时,一个N沟道形成,同时出现一个电子流,并完全按照功率 MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内,那么,J1将处于正向偏压,一些空穴注入N-区内,并调整阴阳极之间的电阻率,这种方式降低了功率导通的总损耗,并启动了第二个电荷流。最后的结果是,在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑:一个电子流(MOSFET 电流); 一个空穴电流(双极)。
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  • 2020-4-12 14:33:13
 
MOSFET寄生电容与物理结构:

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  • 2020-4-12 14:37:12
 
MOSFET/IGBT弥勒效应,开关过程与时区概念,开关延时与脉冲信号保真,开关中的弥勒效应与弥勒直通现象。

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  • 2020-5-21 22:54:50
 
IGBT开通关断的du/dt可以通过驱动来控制么?如果不行的话有什么办法把它降一点?
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  • 2020-5-22 22:35:50
 
IGBT开关速度有两种控制方式:
开环控制法:通过控制驱动电流来间接控制速度。
                   特点:简单
                   要求:恒流驱动
                   近似方法:通过控制栅电阻值;限制开关速度在一定方位内

闭环反馈法:检测dv/dt反馈。
                   需要专用驱动器
典型产品:

irs21956spbf.pdf

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  • 2020-4-12 21:13:56
 
Vg与ID、安全区
高的Vg可以保证MOSFET/IGBT有足够低的饱和压降,降低通态损耗,旦也同时带来大的潜在短路电流和短的短路耐受力。
所以;Vg的选择是通态损耗和安全预期之间的折中。

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  • 2020-4-13 19:54:33
 
MOSFET/IGBT咋驱动?
如果说通断,只要给栅上充或放电到导通阀值上或下;就可以了。且一旦开或关;只需充、放一次;后面维持即可。如果用控制杠杆比例来论,大体4uW:80kW。
如此比例;三极管、机械继电器都是无法比拟的,真是一毫敌千斤。。。

旦,这两种器件以高频开关为己任,栅电容就需要不停的充和放。电容的储能不停的移入移出;全耗在了驱动电路电阻性元件上。
如49楼图29示,充放电电流决定了开关时间或损耗。
驱动损耗为QgUvcc。
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  • 2020-4-13 20:07:43
 
为从地电位获得驱动信号;再去驱动不同位置和电位的MOSFET,有:
1)供地驱动   为等电位元件驱动   图腾柱驱动、低侧集成驱动器驱动等。如IRS4427
2)高侧驱动   为半桥等非地电位元件驱动   带电平转移电路的分立驱动方案  集成驱动方案。 如IR2171
3)半桥、高/低侧驱动    以上两种组合   如IR2110、IR2136
4)变压器驱动方案
5)光耦驱动方案  如EXB840。
6)绝缘集成驱动方案   如1ED020I12-F2

irs4427.pdf

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ir2171.pdf

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ir2110.pdf

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ir2136.pdf

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1ED020I12-F2_V2_final.pdf

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  • 2020-4-15 21:04:34
 
单个驱动延时的分散性表现在时漂、温漂和扰动位移三种。
时漂;是以时间为线索;输出延时不停变化的现象。
温漂;输出延迟随温度而变。
扰动位移;由地线噪音引起的输出延时。

个体延时分散性;对大批驱动做统计,延时分布在一定范围。

前面提到,脉冲整体延时;对电源讲并非有很大影响。在整个控制中,这种延时是在整个传递链中增加延时环节。对于小于周期一数量级的这种延时并不会有明显表现。
对PWM死区;这些分散性确实致命的。死区必须满足任何分散性都不应该有脉冲重叠现象;且留有适当余度。或者说;死区是安全余度+脉冲延时分布区。
例如;Qg引起延时分散性为20nS,驱动延时分散延时0~150nS,安全余度50nS
那么;最小可用死区时间为:
Tdmin=20nS+(150nS-0nS)+50nS=220nS
如果驱动延时:90nS~100nS
Tdmin=20nS+(100nS-90nS)+50nS=80nS
如果驱动延时:450nS~470nS
Tdmin=20nS+(470nS-450nS)+50nS=90nS

不难看出,脉冲延时对死区时间并不是问题,而分散性是决定因素。
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  • 2020-5-17 22:24:32
 
谢谢分享!!!!!!!!!!
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  • 2020-4-13 20:10:14
 
这些方案,都需要注意哪些问题?

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  • 2020-4-14 20:41:54
 
对于驱动;合适的耐压和安规是必须的硬杠。驱动能力也是首要被估算的。
除这两项,对于高频开关;还有输出延时、延时分散性、输出特性、损耗与热阻等一系列关键项。
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  • 2020-4-14 20:54:49
 
耐压:包括额定工作电压和极限工作电压、爬电距离三要素。表征这款驱动能用的地方和适合多高电压的场合。
驱动能力:在短路条件下;驱动最大输出能力。通常;以此估算驱动器内阻。
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  • 2020-4-14 21:01:33
 
输入-输出延迟:反应从输入信号开始到信号输出的延迟时间。
实际上,驱动的ON与OFF的延时并不相同。从前面MOSFET开关过程可以体会到,由于高电平信号幅值远高于门槛电压,所以“开”的栅电压“行程”远短于“关”的行程。这现象不只属MOSFET;三极管、光耦等由于基区储存效应,问题更明显。
输出延迟最终反应出两个问题:
1)脉冲延后
2)脉冲被加宽
这就是脉冲驱动信号的延迟误差和宽度误差。
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  • 2020-4-15 21:09:53
 
标幺值,是一种无量纲的比理值,表示各物理量及参数的相对值。
标幺值=有名值/基准值

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  • 2020-4-15 21:15:08
 
从标幺(倍数)图可以看出,一旦PWM频率超过100kHz,0.5uS的死区也会导致高的效率和极限工作范围变化。
精准就是效益!精准可以用更小散热器或元件达到同样效果。
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  • 2020-4-16 22:33:00
 
MOSFET/IGBT,有逻辑型和标准型等多系列产品,就仅逻辑型;有5V逻辑、3.3V逻辑和2.7V等多规格。
设计、选用驱动时,就需要为它们配制不同的输出。同样;驱动的PWM逻辑输入,来自专用IC或MCE、DSP、ASIC等。这些信号;有15V、5V、3.3V等多种逻辑电平。所以;输入也需要注意逻辑兼容性。

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  • 2020-4-16 22:44:29
 
MOSFET/IGBT是通过栅施加不同电压而获得开关能力的。而它们的栅是近乎无损的电容,所以;栅上的驱动损耗几乎为零。
但是;不停的栅极充放电却引起了充电电路的电阻损耗。实际上;无论驱动多快,对以RC充放电;每个周期都有QgU的损耗。而Qg并非常数,它是元件自身和VDS的函数。元件越大、开关电压越高、频率越高,损耗就越大。
这样;对于高频驱动,就有了热管理概念,以确保结温不超标;安全可靠。
图:IR2110温升与器件、VDS等关系。

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  • 2020-4-17 22:13:24
 
任何电路;都是用导线将元件联系起来的整体。所有半导体芯片都是用导体;将管芯各部分引出到封装外。
任何导体,只要流过电流;就会有感生磁场。任何磁场变化都会在非正交导体上感应出电压。
啥是正交?呵呵,面对面看不见也!也就是只要是有非零尺寸的3D物体都非正交!只要邻近有变化的电流就会在导体上感生出电压或电流——超导也不例外!

任何3D导体都是由实际有尺寸的物质构成,在非短路下;对其它可导电(无论导电能力强弱,只要是非绝对绝缘体即可)物质构成物理电容。
这样;原本理想的导线和绝缘;都变成为:

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  • 2020-4-18 09:46:04
 
驱动与PCB散热及寄生RLC

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  • 2020-4-18 19:17:22
 
驱动用图腾柱做大电流,可行?可用?三极管图腾延时关断、低温电流放大倍数是关键。。。

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  • 2020-4-19 17:25:09
 
前面提到,弥勒效应是受母线电压和工作状态有关。为满足更好驱动,最新驱动加入了主动钳位技术。

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  • 2020-4-19 17:32:24
 
驱动也需要外界供电,维持自己的正常工作。所以;合适的供电对整体相当重要。
常见基本驱动供电有三种:自举供电、绝缘外电源供电、自取能供电

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  • 2020-4-20 21:15:58
 
MOSFET/IGBT驱动设计小结:

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  • 2020-4-20 21:21:15
 
现在的驱动;已经达到+-10A的输出。已经满足绝大多数应用。所以;更多建议用集成驱动+外配电源的方法设计制作。而不建议用分立元件自己搭。
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  • 2020-4-15 22:05:11
 
mark一下,慢慢学习
taotaoge
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  • 2020-4-16 07:57:12
 
学习学习
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  • 2020-4-20 21:24:42
 
SiC MOSFET驱动

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  • 2020-4-21 22:06:33
 
人类在选择C还是SiC作为第三代半导体时;遇到了很大的困惑。由于场效应器件需要做绝缘层,而C会高温活化而成CO逸出。任何稳定的形成绝缘层和PN层称为最初的技术瓶颈。
所以;人类最早做成的SiC/C的半导体器件是二极管和三极管这类双极性器件。即便如此;由于材料特有硬度和极化效应,偶然的晶体缺陷会导致因压电极化而造成不可控自掺杂。直到2000年前后;这种自掺杂问题才逐步解决。于是达到了工业化量产JFET能力。
初期的JFET;其实就是利用晶格应力形成长通沟道而达到可控功能。
但是“长通”是个很炅的事情。毕竟系统得电前和复位初期,都是处于自由状态。“长通”就意味着“开机即短路”
所以;JFET都是复合型器件;让它“上电即驱断”。
由于JFET特有的面层高利用率和无体二极管恢复问题,虽然要用两只元件组合,旦地的RDSON和好的开关特性,一直在用。

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  • 2020-4-21 22:10:34
 
摘自网络的SiC FET典型结构:

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  • 2020-4-23 21:33:14
 
随着高禁带材料加工工艺提高,SiC器件结构也越来越靠近。那么;SiC与Si器件特性有多大距离?

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  • 2020-4-23 21:33:59
 
反应到驱动上:

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  • 2020-4-25 21:37:33
 
IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、SiC FET驱动兼容与区别:

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  • 2020-4-25 21:45:34
 
从共享区间可以看出,单电源0~15V驱动能满足所有器件要求。
也就是说;我们目前绝大多数集成驱动方案的输出电压都可同时用于Si、SiC器件。
而双电源厚膜驱动;并非通用。

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  • 2020-4-25 21:42:55
 
面对这一以高频占优的器件,再次提起配套驱动的分散性与死区Vs电源利用率和效能关系:

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  • 2020-4-26 20:31:41
 
SiC MOSFET将Si MOSFET数十上百纳秒的开关时间缩短到数纳秒,将对结构提出全新的要求。
原先无感的纳亨级的分布电感和皮法级电容,在SiC下变得不可忽略,甚至导致空间击穿和逻辑电路无法可靠工作。
让我们以图感量,SiC MOSFET干扰机理:

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  • 2020-4-26 20:33:37
 
SiC MOSFET驱动要点:

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  • 2020-4-27 20:57:27
 
GaN与驱动

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  • 2020-4-27 21:07:27
 
氮化镓是完全人造的半导体材料。不溶于酸碱,非常稳定。
现在氮化镓器件都是以硅晶圆为托底,在硅晶圆上生成氮化镓及其衍生物薄膜,利用多层膜叠堆形成器件。
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  • 2020-4-27 21:17:16
 
氮化镓用处很多,在LED照明、开关功率管、射频;尤其5G~300G通讯、相控阵雷达有不可替代的地位。

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  • 2020-4-27 21:20:09
 
在工艺结构上,氮化镓HEMT分裂成通讯用架构和电源用架构两个分支。
如所有三代半导体材料特质;它们都有应力自参杂效应。在电源用架构上的FET也是用此来做开关的。
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  • 2020-4-29 00:27:48
 
电源界GaN HEMT有三种结构
注:DEG为电子气,是晶格轻微失配时,由内错位压力导致压电出自由电子云的现象。

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  • 2020-4-29 00:30:12
 
由于工艺等原因,现主要用前两种。后一种很有发展前途。
在前两种中,第一种是长通GaN+标准硅MOSFET,驱动与si MOSFET一致。第二种是一种JFET,也是电源界第一款;半导体界第二款大功率JFET产品。
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  • 2020-4-29 00:38:11
 
是否还有工程师记得第一款功率JFET吗?
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  • 2020-4-30 00:23:44
 
上个实际八十年代,堪称发烧年代。DIY音响功放当之热门。
JFET成了炙手可热的补品,成追逐目标。于是;诞生了功率JFET产品。
由于是线性使用,RDSON大小并不是主要问题。旦作为电源用途,RDSON就是关键参数之一了。
由于JFET大约是同规格VDMOS RDSON两倍,没人用于电源变换。
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  • 2020-4-30 21:03:49
 
GaN Si FET驱动有啥区别?

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  • 2020-5-1 21:38:33
 
需要特别提下,JFET是没有寄生体二极管的,与MOSFET的买一赠一有本质区别。
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  • 2020-5-2 21:10:00
 
还记得前面提及的MOSFET驱动吗?为保证驱动完整性,有ON和OFF两回路,通过二极管分隔;产生不同值Rg。
GaN HEMT也是如此要求。
从上层可以看到;GaNHEMT门槛电压极低,二极管压降不合忽略,不再适用传统驱动。

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  • 2020-5-2 21:12:45
 
ON~OFF需要独立设计;并分别用低压降的MOSFET做功率输出,分别用ON及OFF电阻接至栅极。
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  • 2020-5-3 20:05:51
 
GaN 驱动设计要点:

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  • 2020-5-4 21:19:47
 
驱动、主开关速度、结构与集成关系

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tianxiayoudao99
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  • 2020-4-29 00:02:16
 
请问老师,讲座错过了,视频哪里还能看到呢?
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  • 2020-4-30 00:16:56
 
直播课堂视频有回放。谢谢观看。
https://www.eeyxs.com/home/index/share?course=aw3Q0bd2
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  • 2020-5-5 16:07:52
 
基于云端的未来驱动+检测技术

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  • 2020-5-5 16:11:53
 
最后;以随处可见四季常有的小兰花——婆婆纳为结尾,感谢各位工程师阅读观看
希望这束小花,能在平凡中带给各位有意和帮助!
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  • 2020-5-5 16:15:32
 
讲义及视频附于文后,供参考。
https://www.eeyxs.com/home/index/share?course=aw3Q0bd2


现代电力电子驱动技术.pdf

2.99 MB, 下载次数: 51, 下载积分: 财富 -2

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  • 2020-5-6 23:32:35
 
楼主关于IGCT有了解不?
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  • 2020-5-7 21:51:08
 
IGCT是带驱动并捆绑在一起的GTO。
由于GTO****有二次导通现象;需要外加巨大的缓冲电路,使用很不方便。
高压IGBT和柔性高压变流技术成熟后;已很少使用。
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  • 2020-5-7 21:57:55
 
我这边有一个大电流的电力电子开关的需求,目前考察的中车和ABB有类似的应用,使用的就是IGCT,二次导通现象是发生在什么时刻,楼主可以详细介绍下么?
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  • 2020-5-7 21:58:39
 
直流开关的需求
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  • 2020-5-7 22:09:17
 
二次导通是指门极反向抽流关闭后,不能在AK立即承受全部电源电压,否则有关断失败问题。
IGCT在串联高压领域,可以用DBO防止触发失误而导致器件失效,且自身也能成熟百次过压击穿。也正是这个原因,仅在高压串联市场还有使用。
这几年;西门子在努力促成随柔性变换技术成熟,IGCT会退出这最后一块市场。

实际上,玩这块最好的是东芝。只是没有把驱动和器件捆一起;不同技术应用路线罢了。
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  • 2020-5-7 22:13:40
 
对于高频DCDC,由于边界效应,单通道有很强的电流频率积效应,10kA级别DCDC并不适合用IGCT。
IGCT更多适合30kV以上高压场合。
中低压场合;IGCT已经没有使用理由。
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  • 2020-5-7 23:01:14
 
谢谢楼主,我这边只是把它当做直流断路器使用,但是目前找的直流断路器电流规格和使用寿命达不到,高流器件目前咨询到的IGBT还是要比IGCT小一半左右,所以才产生了这种比较小众的需求
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  • 2020-5-8 22:56:41
 
IGBT可以并联,5GW功率等级功率变换都在IGBT囊中。高电流对IGBT并不是事。
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  • 2020-5-9 21:41:58
 
额,主要是贵,,
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  • 2020-5-9 22:26:12
 
人类科技已经解决了部分问题,比如你说的寿命。。。旦一份性能一份价值。
其实;带有合适灭弧装置的银-银钨触头直流开关,完全可以承受30W次寿命,用不到半导体开关。
价格介于现有开关和半导体混合开关间。

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  • 2020-5-21 22:28:19
 
有没有推荐公司和产品啊
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  • 2020-5-23 20:10:04
 
正规高压断路器断口都是这个喇叭花结构。
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  • 2020-5-15 21:16:59
 
从理论上讲,最适合做高压开关的是MCT。
也是目前为止,能在失效情况下;唯一一种能“熔断”的半导体开关。“熔断”能力高达6000A/cm^2。

只是早期由于标准开关速度1uS水平,和0.15uS的IGBT相比;慢了许多,且四层PN高密度集成结构有一定困难,最终如流星般寂寞了。

但是从现在看;高压领域,1us开关速度并不慢,而特有抗短路和“熔断”能力优势,无可匹敌。

随着加工能力提高;作为未来半导体电力开关,感觉应该到了大力发展时候。
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  • 2020-5-21 22:41:39
 
抗短路的特性,可以理解为半导体短路击穿呈现开路特性么?
上次和IGCT交流的时候,对方还提到这一点,说IGBT不适合做直流开关和这一点也有一定的关系,因为IGBT短路击穿是短路的,而IGCT具备这种类似“熔断”的特性,不知道正确与否?
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  • 2020-5-23 20:11:05
  • 倒数10
 
MCT抗短路是控制失效后自然分断过程。
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  • 2020-6-4 21:53:11
  • 倒数9
 
MCT是MOS栅极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。 MOS栅控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。

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  • 2020-6-7 22:46:26
  • 倒数8
 
有关于这几类晶闸管的介绍文档么,求科普~~
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  • 2020-6-7 23:00:59
  • 倒数7
 
全球仅两家能制造,属限制出口审核用途产品。
产品有P型和N型两种。
POWER_XM
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本网技师
  • 2020-5-21 09:54:57
 
不错,学习到了,谢谢分享!
zhxy_hz
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LV3
助理工程师
  • 2020-6-22 11:33:20
  • 倒数6
 
驱动技术非常关键,兼顾可靠性和效率,做好确实需要下些功夫。
qq89299446
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LV6
高级工程师
  • 2020-8-17 19:05:08
  • 倒数4
 
学习了
vpoppend
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LV1
本网技工
  • 2020-8-23 13:11:39
  • 倒数3
 
谢谢,楼主辛苦!!
朝哥ANDY
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LV4
初级工程师
  • 2020-9-24 12:42:44
  • 倒数2
 
普通直流开关跟同步整流的区别,一般采用什么架构才会遇到同步整流技术?
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最新回复
  • 2020-9-25 00:03:18
  • 倒数1
 
所有需要用二极管整流功率电流的地方,都可以用MOSFET代替二极管整流。这就是同步整流。
显然;普通直流开关没有这个特性。
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