电力电子器件论文

今天小编为大家推荐《电力电子器件论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。我国现阶段电力电子器件已经广泛应用在多个行业当中，机械行业、冶金业以及电力系统等，并全面扩展到了汽车、家用电器以及医疗设备当中，在进入新世纪之后，科学技术不断地更新与进步，因此在信息产业与传统产业之间，其形成了重要的沟通桥梁。

第一篇：电力电子器件论文

电力电子器件及变频技术的应用研究

【摘要】随着科技的发展，电力电子器件以及变频技术扮演着越来越重要的角色，变频技术在现代家用电器中也发挥了不可替代的作用。本文在介绍了电力电子器件以及变频技术的发展历程的基础上，着重介绍了变频技术在家用电器中的应用，并在此基础上分析了变频技术的发展带来的谐波以及电磁干扰等问题，最后针对变频技术带来的问题提出了相应的抑制谐波以及抑制电磁干扰的措施。

【关键词】电力电子器件;变频技术;应用研究

引言

随着电力电子技术、微电子技术以及计算机技术的迅速发展，电力电子器件以及变频技术扮演着越来越重要的角色，变频技术在现代家用电器中也发挥了不可替代的作用。电力电子器件又被称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。

1.电力电子器件以及变频技术的发展历程

1.1 电力电子器件的发展历程

电力电子技术的组成部分主要可以分为四个大方面：一是功率半导体器件，即一般所说的电力电子器件方面;二是IC技术方面，包括集成电路设计制造以及后端封装测试方面;三是功率变换技术方面;四是控制技术方面，主要包括自动控制领域的内容[2]。在这其中电力电子器件是整个电力电子技术的重要组成部分以及技术基础。

普通晶闸管是电力电子器件中最早投入应用的产品。这个产品与现在相比在结构上面还存在很多的不完善性，但是它的出现却奠定了电力电子器件发展的基础，在这个基础上开发出来的新型晶闸管产品在现代工业的方方面面都有长足的应用。电力电子器件中，绝缘栅型双极性晶体管IGBT是研发时间较短的产品之一，它的特点是输入阻抗较大而驱动功率较小，且开关损耗低、工作频率高。IGBT一经问世就获得了使用者的认可，有着非常巨大的发展空间[4]。

1.2 变频技术的发展概述

变频技术是20世纪70年代初开始出现的，当时主要是为了交流电机无级调速。之后几年，有关学者深入探讨了脉宽调制变压变频调速方面的技术。进入80年代，PWM模式优化问题开始成为学者探讨的重点，有关学者们围绕此问题展开了全面地分析，并取得了很好地研究效果[5]。电力电子器件从控制晶闸管、双极型功率晶体管、SIT(静电感应晶体管)、金属氧化物场效应管、SITH(静电感应晶闸管)、门极可关断晶闸管、晶闸管、控制晶体管转变为现在的HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)与绝缘栅双极型晶体管，管件的换代进一步发展了变频技术[6]。

VVVF变频器的在操作上不复杂，硬度也能达到标准的要求，可以适应普通传动的平滑调速，已得到许多行业的使用者所认可，并被使用。但操作中的输出电压在低频时数值不大，在很大程度上被电阻压降所影响着，因此减小了输出最大转矩[7]。还有它的静态调速性能与动态转矩性能都还存在一定的不足，机械特性与直流电动机相比硬度也较小。所以学者们又开发出矢量控制变频调速。

矢量控制法的问世意义非同小可。可是在现实使用当中，因为电动机参数决定着系统的特性，转子磁链观测所出现的误差较大，且所用矢量旋转变换在等效直流电动机的作用之下变得不简单，使所进行的控制不可能取得满意的效果。

直接转矩控制变频技术是由德国鲁尔大学的Dcpenbrock教授在1985年研究成的。矢量控制所出现的问题基本都能用此技术处理，并以先进的操作理念、不十分复杂的组成结构、完好地动静态性能得到了大范围的应用。现在，在电力机车带动的大功率交流传动中已经开始使用此技术[8]。

2.家用电器方面变频技术的应用

一是电冰箱，因为它的工作比较长，压缩机在其变频制冷后，运行状态可保持在低速，这样一来，由压缩机所引起的噪声现象基本上就不存在了，非常有利于节能。

二是空调器，压缩机的工作范围在其变频后得到增加，改变了以往压缩机进行冷、暖操作需要在断续状态才行的状况，使电力资源利用率提高，由温度变化而产生的不舒服也消失了。目前在空调器上的变频调速已通过无刷直流电动机进行，与以往的电动机变频相比，在节能方面又提高了约十分之一。为了使设备的功效能更大地提高，日本现在的空调器又开始使用PWM+PAM的一体操作法，此法取代了原来的单一PWM操作。就是PWM操作用在速率不高时，使U/f恒定。若转速超过规定的值时，调到接近最大值，为使逆变器输入直流电压值增加，须先将直流斩波器的导通占空比调整，以使变频器转速随输出电压的增大而增加，它被叫作PAM区[9]。实行一体操作法后，变频器的装置综合效率、输入功率因数、电机效率与以往PWM控制相比提高程度十分明显。

变频技术的出现给家电使用者带来了极大的方便，是对各种家电的一种技术上的革新。将来家用太阳能发电系统还会在能源上给家电带来支持。随着新型电力变换拓扑电路、电力电子器件、屏蔽及滤波技术的更新，变频技术还会发展。

3.变频技术的问题以及措施探讨

电力电子设备中的不可控二极管整流与相控整流极大地改变了电流波形，它不但产生谐波污染的现象，还使设备的功率因数降低。

3.1 谐波调控

要调控电力电子设备引起的谐波，首先是经由安谐波补偿装置，也就是谐波补偿，将输入电流转为正弦波。

其次应用单位功率因数变流器，对变流器的内部进行改造，在使其功率因数提高的同时，又调控了谐波。

多重化技术对大容量变流器的谐波具有消除作用：即通过叠加方波以把次数不高的谐波减少，使得到阶梯波在正弦附近。随着重数增加，电路构造变得不再简单，波形会离正弦更近。

PWM整流技术一般用于数百至数千瓦的高功率因数变流器上。它的相位和电源相电压相位一致，输入电流几乎等于正弦波，经由正弦PWM控制着整流桥上的各器件。如此，则高次谐波成为输入电流中唯一的谐波，这些谐波可使功率因数几乎为1，且方便滤除。PWM逆变器采用PWM整流器，也即通常所指的双PWM变频器。它的优点是，电流频率与输入电压不变，电流频率与输出电压不一定，电流波形是正弦，功率因数几乎为1。此类变频器运行能达到四象限，可以双向来传送能量。

3.2 电磁干扰的抑制对策

解决EMI的主要对策是避免开关器件导通以及关断的时候出现的过大电流上升率di/dt以及电压上升率du/dt，目前两种比较有效的方式包括零电流开关(ZCS)以及零电压开关(ZVS)电路的应用。

(1)实现零电流开关(ZCS)以及零电压开关(ZVS)的方法：

可以通过在开关器件上串联电感的手段，这样的手段可以显著抑制开关器件导通时的电流上升率di/dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，这样的结果就会减少开关损耗，从而抑制电磁干扰;

也可以通过在开关器件上并联电容的手段，采用这样的方式当器件关断后抑制电压上升率du/dt上升，也会使得器件上不存在电压、电流重叠区，从而减少了开关损耗;

器件上反并联二极管。在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

(2)目前较常用的软开关技术：

部分谐振PWM。为了使效率尽量与硬开关时接近，必须防止器件电流有效值的增加。因此，在一个开关周期内，仅在器件开通和关断时使电路谐振，称之为部分谐振。

无损耗缓冲电路。串联电感或并联电容上的电能释放时不经过电阻或开关器件，称无损耗缓冲电路，常不用反并联二极管。

在电机控制中主开关器件多采用IGBT、IGBT关断时有尾部电流，对关断损耗很有影响。因此，关断时采用零电流时间长的ZCS更合适。

4.结束语

随着科技的发展，电力电子器件以及变频技术在现代社会扮演着越来越重要的作用。本文介绍电力电子器件以及变频技术的发展历程，着重介绍了变频技术在家用电器中的应用，并在此基础上分析了变频技术的发展带来的谐波以及电磁干扰等问题，最后针对变频技术带来的问题提出了相应的抑制谐波以及抑制电磁干扰的措施。

参考文献

[1]颜发根，刘健群，陈兴.电力电子器件及其在制造业中的应用[J].机械制造，2004(42)483：78-81.

[2]陈纯.计算机图像处理技术与算法[M].北京：清华大学出版社，2012：57.

[3]朱志刚译.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2013：20.

[4]刘瑞新.电力电子器件应用简介[M].北京：机械工业出版社，2012：7.

[5]郁有文，常健.传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2013：36.

[6]汤竞南，沈国琴.电力电子器件实例简介[M].北京：人民邮电出版社，2014：77.

作者：孙素军 杨入超

第二篇：电力电子器件及其应用探讨

我国现阶段电力电子器件已经广泛应用在多个行业当中，机械行业、冶金业以及电力系统等，并全面扩展到了汽车、家用电器以及医疗设备当中，在进入新世纪之后，科学技术不断地更新与进步，因此在信息产业与传统产业之间，其形成了重要的沟通桥梁。

一、电力电子器件的运用发展历程

早在20世纪五十年代，就出现了第一代晶闸管，也相应的标志了电力电子器件进入到人类发展的进程当中。当下可控硅的出现，使得出现的可控硅整流器能够很好地推动电力行业的发展与进步。

而到了七十年代，晶闸管实现了进化，可以应用到一些高电压以及高电流的产品当中。晶闸管的出现，就意味着全新一代的电子电气设备形成了。但是，这样的设备也有着较为明顯的缺陷，其在使用的过程中，无法实现关闭。因此，为了解决这样的设备问题，就研发出了全新的GTR、GTO以及MOSFET设备。

在技术发展的当下，接下来出现了第三代电子器件，主要由绝缘栅双极晶体管构成。对于这一代的晶闸管而言，其在运行的过程中，有着较高的运行效率，同时反射速度也较为迅速，并不会消耗较高的能量。伴随着近些年技术的发展与进步，使得微电子技术与电力电子器件也相应的开始全面融合，出现了多功能、智能化以及高效性能的集成器件。随之出现的电流整流器在实际的运行过程中，可以全面地降低电路当中的损耗值。进而提升电流的整体运行效率。

在七十年代推出的GTR设备，可以很好地实现高标准的额定值，同时在运行的过程中，灵活性也比较高。例如，在应用的过程中，无论是在中等容量，还是在中等频率的电路当中，都有着较高的应用价值，因此具有较高的应用潜力。

二、电力电气器件应用现状

(一)电力系统

电力系统当中的电力电子器件使用，是现阶段该器件所应用的最为重要的领域之一。在电能产生的过程中，以及在后期的电力传输过程中，都需要合理应用电力电子器件。例如，从用电的角度进行分析，可以有效利用电力电子技术，对其节能技术进行改进，以此实现高效率的用电。而在发电以及输电的过程中，可以充分利用电力电子器件的方式，全面地提升电力系统的运行效率，发挥出较为重要的价值。

(二)轨道交通

在进行轨道交通的建设中，其牵引系统的设计方式，就已经应用到了电力电子器件，并基于市场管理的方式，可以划分为不同的形式，例如出现的主传动、辅助传动以及控制辅助电源的系统。使用了电力电子设备之后，其系统的容量以及性能都得到了一定的提升。特别是在对其包装形式进行了改进之后，全面降低了传动系统的运行效率，同时也相应的推动了牵引电力传动系统的发展与进步。而在交流马达的驱动当中，其可以很好地应用于运输、牵引的重要的设备当中，并在未来越来越多的领域当中，可以采用交流马达的设计方式。

(三)电动车节能

电动车在现阶段的市场环境中得到了更多的重视，因此成为了电能消耗的重要载体。为了保障电力能源的合理使用，就需要对其进行针对性节能处理。我国当下的电力系统规划过程中，能够满足电机系统的节能性要求已经被当作重要的研究内容。伴随着电力系统的发展与进步，使得电子器件与计算机技术，实现了全面的结合，加上自动化控制技术的出现，也推动了当下电力传输技术方面的改革与进步，在直流调速模式无法满足当下的社会需求背景下，未来势必会将交流调速作为主要的形式。电动车的电池供电过程中，需要基于电动电子装置进行电力与动力的交换，因此在设计电池的过程中，势必会利用到电力电子元器件。

(四)航空与国防工业

我国电力电子技术的发展过程中，其设备也已经较为广泛地应用到了国防工业领域。例如在能源、环境以及制造和运输的领域中，都采用了较为先进的能源技术、激光技术，或者采用了高端数控机床，因此可以制造出更多高水平的产品。在这样的基础制造技术的应用背景下，电力电子技术更加有效地推动我国国防水平提升。同时也是在这些领域当中，涉及了电力电子核心技术的使用。

(五)民用消费电子产品

在电子装置的使用过程中，将其应用到消费电子产品时，主要集中在各种家用的电器上，例如洗衣机、冰箱、空调等设备的使用过程中，经常需要实现加热、照明、制冷等功能，因此更加需要利用电力电子器件来实现这样的功能性需求。例如，在家庭用电的过程中，变频技术被广泛应用。

(六)工业生产

现阶段进行工业生产的过程中，电力电子器件被广泛应用。例如，轧钢与造纸的过程，就对电力电子器件进行了全面的应用。利用这样的技术之后，可以很好地提升整体的加工制造效率。特别是在功耗方面，该技术可以有效地控制整体的损耗程度，并全面实现经济效益的提升。另外，对于不同的电子器件而言，其可以很好地实现电气管效率性提升。这样的经济操作模式，是降低电子管损耗的重要途径之一，能够充分保障经济方面的整体效益，改善工业生产效果。

三、电力电子器件未来发展趋势

为了现阶段对电力电子器件进行更加深入地了解，本文基于氮化镓与碳化硅为主要的研究对象，以此阐述现阶段电力电子器件使用的未来发展趋势。伴随着技术方面的创新发展，使得人们可以全面地提升电力电子的质量以及水平，这样才能够很好地促进各个行业的发展与进步。

(一)新型材料

1、氮化镓

对于这种材料而言，是一种较为优良的原材料，可以在诸多的领域当中实现良好的应用。氮化镓在实际投入应用的过程中，需要采用氮化硅晶体，或者采用蓝宝石作为衬底材料。这种材料的使用能够提升制造效率，进而极大地提升了设备的整体经济效益。例如，在将这种材料应用到LED灯具的制造过程中，就可以很好地让氮化镓替代原本的材料使用，更加满足现阶段节能环保的制造需求。

2、碳化硅

这种材料是近些年来出现的新型半导体材料类型，因此格外地受到人民群众的关注。这种材料是一种有着较高物理特性，同时也是带电性的原材料类型。对于电力电子器件地研究而言，这样的材料能够很好地对其进行更加深入的研究与分析。例如，碳化硅类型的电力电子器件在运行的过程中，往往有着耐高温与耐高压的特征，同时也是对原材料的一种优秀的替代方式。但是，现阶段对于这种技术的研究深入程度不同，同时在成本投入上也十分有限，因此始终对于碳化硅而言，缺乏一定的突破性的进展。因此，在未来的使用过程中，还需要进行进一步的电力电子器件产品的研究以及使用，特别需要在各个领域当中，实现全面的应用。

(二)新兴技术的应用发展

电力电子器件在未来势必会应用于越来越多的领域当中，同时也会与更多的新兴技术进行融合，这样就可以形成诸多的应用模块。在这样的技术使用下，极大地提升了产品的功能性和质量。例如，出现的标准功能模块、智能化功能模塊以及集成电力电子功能模块，都是成为更多领域当中应用的重要对象。在未来的发展过程中，需要始终将电压、电流以及开关频率进行科学合理的配置，特别是在未来的进步过程中，可以将三者进行全面的匹配与融合，因此让电力电子器件在相应领域当中得到优化，进而实现巨大的发展与进步。其次，现阶段在一些领域当中，已经实现了对器件的合理性研究，通过提升抗短路的能力，以此实现更多的功能。而从结构方面进行分析，现阶段在应用了电力电子器件之后，使得其内部结构呈现出模块化的发展趋势，并形成较高的复合型的功能。当下器件的效率以及容量。一直在不断地提升当中，因此利用通态压降的方式。可以很好提升系统的稳定性。伴随着科学技术的发展，使得在未来的经济社会发展下，越来越多的领域都需要提升电力电子器件的使用程度，同时针对不同的应用场景，需要对其进行针对性地改进与分析，特别是需要具有较高的智能化以及自动化的特征，这样才可以针对频率、电压以及电流这三方面的角度。全面的提升参数指标，最大程度上满足当下的经济发展需求。

四、电力电子器件现存问题

我国现阶段在电力电子器件的应用过程中，始终面临着各种问题，因此限制了该技术的发展与实际的应用。例如，有关领域在对该技术进行研究的过程中发现，此技术无论是研究成本投入，还是在研究精力方面，都无法满足当下的技术使用需求。例如，在我国电力电子器件的使用过程中，一些部门和机构重视程度不足，导致很多技术性问题无法得到及时的解决，这样将其应用到不同领域当中的技术性也并不充足。为了保障在未来的发展过程中，可以很好地实现对其器件的合理使用，就需要积极地提升该技术的研究力度。其次，在原材料的获取方面并不充足。例如，在电力电子器件的研发中，始终缺乏大量的研究以及试验，因此就会导致日常的器件在使用之前缺乏一定的测试工作，会对日后的使用造成一定的负面影响，无法及时发现一些潜在的问题。

五、总结

综上所述，伴随着现阶段的技术发展，电力电子器件会在更多的领域当中发挥出自身的价值。特别是在制造领域的发展中。要进一步的提升对电力电子器件的研发力度，这样才可以有效地保障在未来发展背景下，电力电子器件形成较高的技术性。

作者：张智蕾

第三篇：试析碳化硅电力电子器件发展及其应用

摘要：电力电子技术包括半导体功率器件技术、功率变换技术及控制技术等，但以往的电力电子器件的制成材料都是硅半导体材料，近些年来随着科学技术的发展，越来越多具有优良性能的新型化合物半导体材料应用于电力电子器件的制造中。文章对碳化硅材料的应用优势进行了介绍，并对碳化硅材料在电力电子器件中的发展和应用前景进行了分析。

关键词：碳化硅材料;电力电子器件;硅半导体材料;新型化合物;高频大功率器件 文献标识码：A

相较于硅器件，碳化硅主要具有稳定性良好、热导率高、载流子饱和漂移速度高等优点，可以制作各种耐高温的高频大功率器件，由于碳化硅材料的这种良好的使用性能，所能达到的使用效果是以往硅器件所达不到的，从而成为当前发展最成熟的宽禁带半导体材料。由于碳化硅材料可以在温度超过600℃的工作环境中保持良好的工作状态，对工作环境具有更高的适应性，同时在额定阻断电压相同的前提下，碳化硅材料所制成的功率开关器件与以硅材料所制成的器件相比，不仅具有更高的工作效率，其也具有更低的通态比电阻，基于以上优点使得碳化硅材料在电力电子器件的制作中被广泛

应用。

尽管碳化硅器件面积由于受到自身晶格缺陷的限制而远不能与硅器件相比，产量、成本以及可靠性方面也对碳化硅器件的发展具有一定的阻碍，但自从1990年直径30mm的碳化硅单晶片上市以来，随着科技的迅速发展，各种高品质的碳化硅应用技术被研究、开发出来，碳化硅材料在电力电子器件中的应用范围也逐渐在扩大，并使得其在部分电力电子技术领域逐渐替代了以往的硅器件。近些年来，在美国、德国等各大公司以碳化硅材料发明生产了许多的电力电子器件，这些器件都具有反向恢复时间短、反向漏电流极小、高温条件下工作状态没有明显改变等优点。特别需要提到的就是肖特基势垒二极管，以碳化硅材料制造的比以往由硅和砷化镓材料制造而成的肖特基势垒二极管适用范围从250V提高到了1200V，相信随着科学技术的不断提高，其使用范围将会更大，这在电力电子器件的发展中是一个质的提高。同时由于使用碳化硅材料所带来的整体效益明显高于碳化硅与硅器件之间的制作成本差异，相信在不久的将来，在电力电子器件的制造中碳化硅的使用将会更加广泛，电力电子器件也将会具有更高的使用性能。

1 在电力电子器件中关于碳化硅研发工作的进展

随着碳化硅器件在电力电子中的应用越来越广泛，使得关于碳化硅的研发工作进展也不断加快。图1表示碳化硅器件研发进程中肖特基势垒二极管和碳化硅pn结二极管阻断电压和场效应器件品质因子(FM)的最高水平随时间递增的情况：

通过图1可以发现，在进入新世纪以来，电力电子器件基本性能参数增长相较以前更为迅速，对场效应器件的研发进展更加明显，证明场效应器件具有巨大的发展潜力。

在电力电子器件的应用方面，由于浪涌电流会引起器件结温的骤然升高，通态比电阻偏高的器件，其浪涌电流承受能力也会随之降低，因此电力电子器件在需要时尽可能降低静态和动态损耗外，还要注意提高浪涌电流的承受能力。同时单极功率器件的通态比电阻随阻断电压的提高而增加，尽管硅器件具有较好的性能价格比，但这也是需要电压的等级控制在100V以内，从而使得难以满足高频应用的需要，如果使用碳化硅器件制造单极器件，其通态压降将会低于硅双极器件，纵使在阻断电压高于10kV的前提下，其结果也是一样，单极器件在工作效率等方面相较于双极器件具有更加明显的优势，同时肖特基势垒二极管能够更好地促进碳化硅电力电子器件的商品化进程，因此在碳化硅电力电子器件的研究和开发过程中，首先就要重点进行肖特基势垒二极管的研究和开发。

1.1 碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)

在全世界中首次研制成功出了6H-SiC碳化硅肖特基势垒二极管是由美国北卡州立大学功率半导体研制中心所最先报道，这类二极管的阻断电压为400V，通过短短两年的发展就将阻断电压提高到了接近理论设计值(1000V)，同时随着在欧洲、亚洲等地对碳化硅肖特基势垒二极管研究的投入，使得使用材料变为4H-SiC，阻断电压获得更大的进步。

当前碳化硅肖特基势垒二极管的阻断电压已经达到10000V以上，大电流器件的通态电流为130A，其阻断电压达到5000V。这种碳化硅肖特基势垒二极管主要采用了n型高阻厚外延片，同时在肖特基势垒接触和欧姆接触中使用了镍，该器件的尺寸也较小，肖特基势垒接触的直径只有300um，且采用了大面积的芯片。在碳化硅肖特基势垒二极管中，若肖特基上的金属是铂，同时为降低阳极电流的扩散电阻而在铂金属上再蒸镀2um的金膜，在背电极经过退化处理的这种器件不具备较好的反向特性，其漏电流随着电压的增加而增加。器件的反向特性与芯片的面积有关，芯片面积越低器件的反向特性越高。同时根据研究者的研究表明，JBS结构在降低碳化硅肖特基势垒二极管的反向漏电流以及改善其正向特性中都具有很好的效果，同时兼顾正反向特性的优化设计已经将碳化硅肖特基势垒二极管的JBS结构的通态比电阻相较于硅器件理论值的1∶400。

1.2 碳化硅场效应器件

碳化硅功率金属-氧化物-半导体场效晶体管的开发优势就是能够兼顾阻断电压和通态比电阻，随着1994年首次报道的碳化硅功率金氧半场效晶体管耐压只有250V，短短四年时间其阻断电压就提高到了1400V，同时采用栅增强功率结构设计，可以进一步提高阻断电压，降低通态比电阻。近年来人们充分挖掘了碳化硅材料在场效应器件方面的应用潜力，对结型场效应晶体管的结构也做了很多改良，从而减少了结型场效应晶体管常规工艺流程中的碳化硅外延生长这道高难度工序，同时还在器件结构中取消了横向结型场效应晶体管栅，从而使器件的通态比电阻有所下降，使得场效应器件品质因子也获得了提高。

1.3 碳化硅双极型器件

用硅材料是不可能做出耐压十分高的器件，但碳化硅却可以制造阻断电压很高的双极器件，例如pn结二极管和晶闸管等。与肖特基势垒二极管相比，pn结二极管更容易提高阻断电压和经受大电流冲击的能力，同时随着碳化硅品质的提高和各种终端保护技术的采用，使得碳化硅pn结二极管的阻断电压持续升高。由于受到材料的微管密度较高，没有大面积芯片可用的限制，使得一些高压4H-SiCpn结二极管器件的正向电流都比较小。

随着碳化硅器件的使用性能越来越广泛，研发碳化硅双极晶体管成为了当前的发展方向，开发碳化硅双极晶体管的关键问题就是提高电流增益，采用外延层作基区，用离子注入形成发射极的方法可以提高电流的增益，同时采用达林顿结构也会获得更高的电流增益。

晶闸管最能体现碳化硅材料特长是在兼顾开关频率、功率处置能力和高温特性方面，在阻断电压超过3000V的时候，碳化硅晶体管的通态电流密度则会更高，因此更适合于交流开关方面的应用。随着对碳化硅晶闸管研究的深入，使得普通的晶闸管逐渐淡化，而是向GTO方向集中对碳化硅晶体管的研究。

2 碳化硅器件在电力电子中的广泛应用

随着碳化硅材料制备技术的进展，使得碳化硅器件在电力电子中应用十分广泛，通过采用碳化硅材料所研制的器件种类也在逐年增加。早在1999年就有关于单向逆变器使用碳化硅pn结二极管以及将碳化硅开关器件和二极管同时应用于三项逆变器和单项PWM逆变器中的报道，同时近些年来在板桥PWM逆变器中使用碳化硅开关器件和二极管方面的应用研发工作也进行了有关的报道。碳化硅器件的应用范围广泛，例如碳关于化硅二极管就在1999年被报道制造成功了一个当时世界最高水平的碳化硅肖特基二极管，在1997年被报道已用结型势垒肖特基接触结构制成碳化硅功率整流器，制造出可探测火焰和爆炸辐射的碳化硅紫外光探测器。同时还有关于碳化硅结型场效应晶体管、具有较高击穿场强的金属-半导体场效应晶体管、静电感应晶体管以及碳化硅晶闸管的应用报道。

3 结语

由于碳化硅材料所具有的良好的使用性能和优良特性，使得人们对于碳化硅电力电子器件的研究和使用逐渐深入，但电力电子而言碳化硅材料的优势并不仅局限于能够提高器件的耐压能力，同时更重要的方面就是还能大幅度降低功率损耗，从而使得碳化硅电力电子器件的市场竞争力得到提高。同时碳化硅与硅在电力电子技术领域竞争中所存在的另一优势就是能够将兼顾器件的频率和功率以及耐高温，同时随着碳化硅器件的发展以及制造技术的进步，碳化硅材料在电力电子器件中的应用将会更加广泛，将会极大地推动器件的创新，碳化硅电力电子器件的应用前景将会充满生机。

参考文献

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作者简介：姜文海(1978-)，男，山东莘县人，南京电子器件研究所高级工程师，博士，研究方向：半导体功率器件。

(责任编辑：陈 洁)

作者：姜文海