功率半导体器件的直接均流技术

大功率整流器多个支路并联的均流分析侯丰【期刊名称】《《河南科技》》【年(卷),期】2019(000)013【总页数】4页(P138-141)【关键词】均流; 大功率整流器; 多支路并联【作者】侯丰【作者单位】云南驰宏资源综合利用有限公司云南曲靖 655000【正文语种】中文【中图分类】TM4611 研究背景整流系统主要由整流变压器、滤波器、整流柜等装置组成。

其中，整流变压器的损耗在整流系统部件中占有很大一部分；整流柜中的电力电子器件是整个整流系统的核心部件。

目前，国内外大功率整流系统大多采用二极管、晶闸管作为整流元件。

半导体二极管的出现开辟了能量变换的新方式，由其构成的整流系统具有谐波小的优点，但二极管的开通与断开不能控制。

随着晶闸管的出现，以晶闸管为代表的整流技术具有调压范围广、精度高、可靠、高效率以及控制灵活、操作简单的优点，并且在相关领域得到了广泛应用和发展。

近年来，GTR、GTO、MOSFET和IGBT 等这些大功率可关断器件，在整流系统中得到了应用，具有控制灵活、谐波减小等优点。

但是，目前可关断器件的价格、电路复杂、产生高次谐波、耐压等级、容量等因素限制了晶闸管在实际工程中的广泛应用。

目前，晶闸管整流在我国电解领域占有主导地位。

大功率整流系统在电解化工行业大多应用多重化技术，基于新型整流变压器的整流系统不仅可以减少整流系统对整个电力系统的谐波污染，而且还可以减小输出的电压和电流畸变率。

在大电流工业应用中，晶闸管相控整流器是最常用的技术。

晶闸管整流器效率较高，约为97%［1-3］。

晶闸管整流器的主要优势是高效率、高可靠性、负载电流控制得好、成本低和技术成熟。

由于电解工艺不断进步，大规模电解槽需要的直流电流从几十千安到几百千安不等，整流系统采用大功率多机组并联的方式为电解槽提供电源，单台6脉波晶闸管整流柜的电流最高达到几十千安，二极管整流柜的电流甚至更高。

当整流柜的电流要求达到一定值时，由于器件容量等原因，需要多个整流元件并联供电才能满足要求。

功率半导体器件的设计和制造功率半导体器件是一种用于功率电子系统中的重要元件。

它的设计和制造是功率电子技术发展的重要方向之一。

本文将从功率半导体器件的基础原理、设计方法和制造流程等方面探讨其重要性及其发展现状。

一、功率半导体器件的基础原理功率半导体器件主要包括晶闸管、MOSFET、IGBT、GTO等多个种类，但它们的基础原理具有相似性。

以MOSFET为例，其基本结构由源极、漏极和栅极三个部分组成，其工作原理如图1所示。

图1 MOSFET工作原理示意图当栅极电压为零时，由于PN结的存在，漏极处形成了一个正的堆积区。

当VGS>VT时，栅结的正偏压会使得漏极处形成一个反向耗尽区，此时漏极电流为零。

当VDS逐渐增加，源漏电压Va=VGS-VDS，当Va等于MOSFET的阈值电压VT时，a-c段的原点被命名为饱和电压，此时为饱和状态，当VDS继续增大时，漏极电流也逐渐增大，进入了放大区。

由此可见，功率半导体器件的基础原理就是根据不同类型的元件，采取不同的物理机制来控制电流的导通与封锁。

二、功率半导体器件的设计方法功率半导体器件的设计方法主要基于电路应用的要求，而设计方法的主要目的是要满足功率电子应用中需要的高电压、高电流和高速开关等特殊需求。

具体来说，功率半导体器件的设计方法包括以下几个方面：1、材料选择和元件设计功率半导体器件的材料选择和元件设计在很大程度上决定了其特性和性能。

其中，材料的选择包括基底材料和陶瓷材料等，元件设计则包括晶体管结构设计、模型设计等。

2、模拟和数值模拟模拟和数值模拟是功率半导体器件设计的重要工具。

模拟主要用于确定元件的结构和特性，数值模拟则用于确定元件的尺寸和参数等，以优化元件的性能。

3、电子设计自动化工具电子设计自动化工具主要是应用计算机来进行元件的设计和优化。

这种方法既能加速设计过程，又能提高设计的准确性和可靠性。

三、功率半导体器件的制造流程功率半导体器件的制造流程是基于通用半导体工艺加工而成的。

浅析开关电源模块并联均流方法张伊凡; 王乐【期刊名称】《《电子测试》》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】3页(P34-35,41)【关键词】开关电源; 并联; 均流【作者】张伊凡; 王乐【作者单位】西安石油大学电子工程学院 710065【正文语种】中文1 引言随着我国工业生产中对大功率电源系统需求的不断增加和开关电源模块化的发展趋势，以及半导体功率器件和磁性材料等方面的因素对单片开关电源输出功率的限制，开关电源模块往往需要并联成电源系统运行，这样既可以增加电源容量，也可以提高电源系统供电的可靠性。

但在实际应用中，由于各电源模块之间的差异，并联运行时会出现电源系统中各模块输出不均流的现象，进而引起电流应力和热应力的不均匀分配，影响电源模块的使用寿命和可靠性[4]。

所以并联均流技术成了实现组合大功率电源系统的关键。

2 电源模块不均流的原因分析从电源模块的控制系统来看，所有的电源模块并联运行，则输出电压U0都相等，也就是电压反馈值都相等，但是每个模块的给定量Ugi和反馈比例系数Kfi都有差异，运算放大器的失调电压也不同，所以给控制器件的误差信号也不相同，使有些误差信号为正的模块，电压调节器正向积分，输出电流增加；有些误差信号为负的模块，电压调节器反向积分，输出电流减小。

当系统进入稳态以后，最多有一个模块的误差为零，电压调节器正常工作。

所以负载电流都要由误差为零的模块承担，就出现了电流不平衡的现象。

另外，电源模块外特性的差异也是不均流的原因，如图1中两个电源模块并联运行，输出电压分别是U1和U2，电流分别为I1和 I2，内阻分别为 R1和 R2，母线电压为 UO，其输出特性见式（1）、（2）[5]。

由式（1）、（2）可以看出，不均流的原因是输出电压和等效内阻不一致。

图1 两模块并联运行原理图所以，各电源模块之间不均流的根本原因是由于电源模块中各器件的差异引起的，只能通过增加外部设备或控制部件的方法来解决，其主要思想就是增加一个均流母线，通过均流母线传递均流信号，或者根据电源的热应力来调节负载电流的分配，防止一台或多台模块运行在电流极限状态。

13种常用的功率半导体器件介绍电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。

可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。

如上图所示。

MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。

实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。

它可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。

它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：（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6000kA/m2；（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；（4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断；2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适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装置中的新型电力半导体器件。

IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。

功率半导体是什么一、引言功率半导体是一种广泛应用于电力电子领域的器件，它发挥着至关重要的作用。

功率半导体的发展在当代科技领域具有重要意义，本文将深入探讨功率半导体的定义、类型、工作原理等方面。

二、功率半导体的定义功率半导体是一种能承受较高电压和电流的半导体器件。

它在电力电子领域中扮演着控制和调节电能的重要角色。

功率半导体通常承受较大功率损耗，因此要求具备较高的功率密度。

三、功率半导体的主要类型1. 二极管二极管是功率半导体器件的一种，用于整流和开关电路中。

它具有导通压降低、反向耐压高的优点，在电源、变频器等系统中得到广泛应用。

2. MOSFET金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）是一种常见的功率半导体器件，具有功率损耗小、开关速度快、控制电压低等特点，被广泛应用于电力电子设备中。

3. IGBT绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是功率半导体中的重要类型，具有开关速度快、控制电压低、功率密度高等优势，在变频器、逆变器等设备中发挥着重要作用。

四、功率半导体的工作原理功率半导体器件的工作原理是通过控制电压和电流的导通和截止，实现对电能的调节和控制。

不同类型的功率半导体器件具有不同的工作原理，但都是基于半导体材料的特性实现电能转换。

五、功率半导体的应用领域功率半导体广泛应用于电力系统、工业自动化、交通运输等领域。

在工业生产和生活中，功率半导体的应用为设备的高效运行、能源的节约提供了重要支持。

六、结论功率半导体作为电力电子领域的重要组成部分，其在现代科技和工业中的应用越发广泛。

通过本文的介绍，希望读者对功率半导体有更深入的了解，进一步推动功率半导体技术的发展和应用。

大功率IGBT模块并联特性及缓冲电路研究1. 本文概述随着现代电力电子技术的快速发展，大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块在电力系统、工业控制、新能源等领域中发挥着越来越重要的作用。

特别是在高电压、大电流的应用场合，单个IGBT模块往往难以满足系统的功率需求，将多个IGBT模块并联使用成为了一种常见的解决方案。

IGBT模块在并联运行时会出现诸如均压均流问题、热平衡问题以及开关特性不一致等问题，这些问题不仅影响系统的稳定性和可靠性，还可能缩短模块的寿命。

本文针对大功率IGBT模块并联运行时的特性和问题展开研究，重点分析并联模块之间的电压和电流分配不均的机理，以及由此引发的热平衡问题和开关特性不一致现象。

进一步地，本文将探讨缓冲电路的设计和优化，以解决并联运行中的这些问题。

缓冲电路能够有效地抑制电压和电流的峰值，降低开关过程中的损耗，从而提高系统的效率和可靠性。

本文将通过理论分析和仿真验证，提出一种适用于大功率IGBT模块并联运行的缓冲电路设计方案，并对该设计方案的性能进行评估。

本文的结构安排如下：介绍IGBT模块的基本原理和工作特性，以及并联运行时的问题和挑战分析并联模块间电压和电流分配不均的机理，以及热平衡问题和开关特性不一致现象的产生原因接着，详细阐述缓冲电路的设计原理和优化方法通过仿真实验验证所提出缓冲电路设计方案的有效性和可行性总结全文并提出进一步的研究方向。

2. 模块基础理论绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种高压、大电流的功率半导体器件，广泛应用于电力电子装置中。

IGBT模块的工作原理涉及三个基本过程：导通、截止和开关。

在导通状态下，IGBT作为一个功率开关，允许电流流过而在截止状态下，则阻止电流流过。

IGBT的开关速度和效率是其关键性能指标。

当IGBT模块并联使用时，可以实现更高的功率输出。

模块间的并联特性对整体性能有显著影响。

碳化硅MOSFET并联均流的研究Investigation of current sharing of paralleling SiC MOSFET王珩宇1，吴新科1，郭清1，盛况1（1浙江大学电气工程学院，杭州310027）摘要：碳化硅（SiC）材料是一种新型宽禁带半导体材料。

本文对SiC MOSFET这一种新型器件的并联均流情况进行了研究，其中搭建了双脉冲测试平台来对两路器件进行测试，并利用此平台随机选取了两块SiC MOSFET 分别在静态和动态情况下观察了其均流情况，同时还在相同条件下测试了Si IGBT以进行对比。

通过实验测试与分析，本文认为目前SiC MOSFET器件的离散度较大，同时动态不均流问题在开关速度较快（比如di/dt高达20A/ns）的情况下会加重。

Abstract: SiC is a new kind of wind band gap material. This paper investigated the current sharing of paralleling SiC MOSFET. A double pulse tester was built to test two paralleling branches. With this tester, a careful experiment was performed to examine current sharing of 2 random SiC MOSFET chips statically and dynamically. For comparison, two Si IGBT chips were tested under the same circumstances. Through experiment and analysis, it was found that the uniformity of SiC MOSFET is not as good as the Si IGBT and the problem of current sharing is exacerbated when the devices switch faster (for instance, di/dt up to 20A/ns).关键词：碳化硅MOSFET 双脉冲测试并联均流Key words：SiC MOSFET, Double pulse test, Current sharing1 引言近年来，出现了许多新型宽禁带半导体材料，包括SiC、GaN等。

功率半导体的优劣势分析-功率半导体器件用途功率半导体器件概述功率半导体器件是指能够承受较高功率水平，并且能够在高频率下工作的半导体器件。

它们在电子设备中起着至关重要的作用，广泛应用于交流电动机控制、电源管理、照明、医疗设备和电动汽车等领域。

本文将对功率半导体器件的优势和劣势进行分析，并讨论其在不同应用中的用途。

首先，功率半导体器件的优势之一是高效能和精确控制，使其能够在各种高功率应用中提供高效能的表现。

功率半导体器件具有低导通电阻和低开关损耗的特点，能够显著提高电能转换的效率。

此外，功率半导体器件具有高速开关和快速恢复的特点，能够实现精确的控制和响应时间，提高设备的性能和可靠性。

其次，功率半导体器件在高电压和高电流应用中具有较好的耐压和耐流能力。

这使得它们能够在较恶劣的工作环境中长期稳定地工作。

功率半导体器件通常具有较高的工作温度范围和较低的封装电阻，能够在高温环境下维持良好的性能。

此外，功率半导体器件的结构和材料设计使其能够承受大电流冲击和高电压应力，在高压和大电流的条件下仍能保证良好的工作状态。

另外，功率半导体器件具有较小的体积和重量。

相比于传统的电力设备，功率半导体器件的尺寸和重量大大减小，这减轻了设备的体积和重量，提高了设备的灵活性和可移动性。

功率半导体器件的小尺寸和轻量化还有助于减少电子设备的冷却需求，降低设备的散热成本。

然而，功率半导体器件也存在一些劣势需要考虑。

首先是价格较高。

功率半导体器件通常由复杂、高精度的制造工艺制成，这使得其成本较高。

另外，功率半导体器件的可靠性要求较高，需要进行严格的质量控制和测试，也会增加成本。

其次，功率半导体器件在高功率应用中容易受到热失控的影响。

高功率应用中的大电流和高电压造成的热损耗会导致功率半导体器件过热，降低其性能和寿命。

因此，需要进行有效的散热和温度控制，以确保功率半导体器件的正常工作。

此外，功率半导体器件的响应速度较快，在一些应用中可能会引起电磁干扰问题。

mos管并联均流-回复mos管并联均流是指将多个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS管）连接并联，以实现电流的分流和均衡流动。

这种电路连接方式不仅能够提高电流负载能力，还能够防止由于单个器件故障而导致整个电路失效。

本文将详细介绍mos管并联均流的原理和实现方法。

第一部分：mos管并联均流原理mos管并联均流的原理基于以下几个关键点：1. 电流的分流：将多个mos管连接在一起并联，可以使输入电流均匀分流到每一个器件上，从而减小单个器件的负载。

2. 器件的特性匹配：要实现mos管并联均流，需要确保连接的mos管具有相似的特性参数，如漏极电流、阈值电压等，以确保均衡的电流分配。

3. 共源电路：mos管并联时通常使用共源电路，以便通过源极电压调整mos管的工作点，使其输出电流均衡。

第二部分：实现mos管并联均流的方法实现mos管并联均流可以采用以下几种方法：1. 精选相似器件：首先需要从大量的mos管器件中挑选出具有相似特性参数的器件组成并联电路。

这需要对器件的参数进行测试和筛选，确保器件之间的差异尽可能小。

2. 稳流源均流：将mos管并联后，用稳流源对共源电路中的mos管进行均流控制。

稳流源可以根据需要提供相同的电流给每个mos管，以实现3. 反馈控制：通过在共源电路中引入反馈回路，实现对mos管输出电流的控制和调节。

反馈控制可以通过调整共源电阻或使用反馈电路来实现，使mos管的输出电流均衡。

第三部分：mos管并联均流的优点和应用mos管并联均流具有多个优点和应用场景：1. 提高负载能力：mos管并联均流可以使得分流到每个mos管的电流减小，从而提高整个电路的负载能力。

2. 提高可靠性：mos管并联均流可以防止单个器件故障导致整个电路失效，增强了整个电路的可靠性。

3. 增加冗余：通过将多个mos管并联，可以在一定程度上增加电路的冗余，以应对某个器件故障时的备用。

4. 应用于功率放大器和电源电路：mos管并联均流常用于功率放大器和电源电路中，以提高功率输出和电流供应的稳定性。

IGBT并联技术一-IGBT均流问题影响静态均流的因素1、并联IGBT的直流母线侧连接点的电阻分量，因此需要尽量对称；2、IGBT芯片的Vce(sat)和二极管芯片的V F的差异，因此尽量采取同一批次的产品。

3、IGBT模块所处的温度差异，设计机械结构及风道时需要考虑；4、IGBT模块所处的磁场差异；5、栅极电压Vge的差异。

∙影响动态均流的因素1、IGBT模块的开通门槛电压VGEth的差异，VGEth越高，IGBT开通时刻越晚，不同模块会有差异；2、每个并联的IGBT模块的直流母线杂散电感L的差异；3、门极电压Vge的差异；4、门极回路中的杂散电感量的差异；5、IGBT模块所处温度的差异；6、IGBT模块所处的磁场的差异。

∙IGBT芯片温度对均流的影响IGBT芯片的温度对于动态均流性能和静态均流性能影响很大：1、由于IGBT的Vcesat的正温度系数特性，使温度高的芯片的Vcesat更高，会分得较少的电流，因此形成了一个负反馈，使静态均流趋于收敛；2、根据我们的经验，我们发现，芯片温度变高后，动态均流的性能也会变好；例如在测试动态均流时，我们会使用双脉冲测试方法，但这时芯片是处于冷态的，当把机器跑起来后，动态均流会改善。

IGBT芯片所处的磁场对均流的影响IGBT模块附近如果有强磁场，则模块的均流会受到影响。

1、如果两个IGBT模块并联且并列安装，如果交流排的输出电缆在摆放时靠近其中某一个IGBT模块而远离另外一个，则均流性能就会出问题；2、以上现象的原因是某个大电流在导线上流动时会产生磁场，对磁场内的其他导通的电流产生“挤出”或“吸引”的效应；因此，在结构设计时，需要注意交流排出线的走线形式，以免发生磁场的干涉现象。

mos管并联方法什么是并联并联是元件之间的一种连接方式，其特点是将2个同类或不同类的元件、器件等首首相接，同时尾尾亦相连的一种连接方式。

通常是用来指电路中电子元件的连接方式，即并联电路。

MOS管功率管并联需要考虑的要点MOS管并联方法，为了使并联电路中每个MOS管尽可能的均流，在设计并联电路时需要考虑如下要素：1、饱和压降VDs或导通RDSon：对所有并联的MOS管而言，导通时其管压降是相同的，其结果必然是饱和电压小的MOS管先流过较大的电流，随着结温的升高，管压降逐渐增大，则流过管压降大的MOS管的电流又会逐渐增大，从而减轻管压降小的MOS管的工作压力。

因此，从原理上讲，由于N沟道功率型MOS管的饱和压降VDs或导通电阻RDSon具有正的温度特性，是很适合并联的。

2、开启电压VGS（th）：在同一驱动脉冲作用下，开启电压VGS（th）的不同，会引起MOS管的开通时刻不同，进而会引起先开通的MOS管首先流过整个回路的电流，如果此时电流偏大不加以限制，则对MOS管的安全工作造成威胁；3、开通、关断延迟时间Td(on)、td(off)；开通上升、关断下降时间tr、tf:同样，在同一驱动脉冲作用下，td(on)、td(off)、tr 、tf的不同，也会引起MOS管的开通／关断时刻不同，进而会引起先开通／后关断的MOS 管流过整个回路的电流，如果此时电流偏大，不加以限制，则同样对MOS 管的安全工作造成威胁。

4、驱动极回路的驱动输入电阻、等效输入电容、等效输入电感等，均会造成引起MOS管的开通／关断时刻不同。

从上所述，可以看出，只要保证无论在开通、关断、导通的过程流过MOS管的电流均使MOS管工作在安全工作区内，则MOS管的安全工作得到保障。

为此，本文提出一种MOS管的新的并联方法，着重于均流方面的研究，可有效的保证MOS管工作在安全工作区内，提高并联电路的工作可靠性。

一种新MOS管并联方法的工作原理1、MOS管并联方法电路图以3只IR公司的IRF2807 MOS管并联试验为例，工作电路图如图1 。

功率半导体器件基础书重点-回复
功率半导体器件是指在高功率、高电压和高频率应用中使用的半导体器件。

以下是功率半导体器件基础书的重点内容：
1. 功率半导体器件的基本原理：包括PN结的形成和特性、导电性、载流子的产生和移动等方面的内容。

2. 功率半导体器件的分类：包括晶闸管、功率MOSFET、IGBT、二极管等器件的基本结构、特性和应用。

3. 功率半导体器件的特性参数：包括最大电压、最大电流、最大功率、开关速度、导通损耗、开关损耗等参数的定义和意义。

4. 功率半导体器件的工作原理：包括导通状态和关断状态下的电流流向、电压分布、功耗等方面的分析。

5. 功率半导体器件的电路应用：包括功率放大、开关电源、变换器、逆变器等方面的应用原理和设计方法。

6. 功率半导体器件的散热和保护：包括器件的散热方式、散热设计原则、过流、过压、过温等保护机制的原理和实施方法。

7. 功率半导体器件的封装和可靠性：包括器件的封装结构、封装材料、可靠性测试和可靠性分析等方面的内容。

以上是功率半导体器件基础书的重点内容，掌握这些知识可以帮助读者理解功率半导体器件的工作原理、应用和设计方法，提高对功率电子技术的认识和应用能力。