楊 環(huán)

哈爾濱京青電氣有限公司

極限溫度下電力電子技術(shù)的運(yùn)用

楊 環(huán)

哈爾濱京青電氣有限公司

電力電子技術(shù)在科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展下，在社會(huì)的許多領(lǐng)域、許多方面都有了新的應(yīng)用，因而得到了很大的發(fā)展和進(jìn)步。同時(shí)，電力電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域、方面的應(yīng)用也在一定程度上促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，尤其是極限溫度下電力電子技術(shù)的應(yīng)用的貢獻(xiàn)更為巨大。因此，在極限溫度下，相關(guān)工作人員更要加強(qiáng)對電力電子技術(shù)的研究。本文主要闡述了高低溫下的功率電路器件，并對極限溫度下的SiC器件及其應(yīng)用、新型冷卻和散熱技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了一定的分析，旨在為提高我國在極限溫度下電力電子技術(shù)的運(yùn)用而提供一些有價(jià)值的參考意見。

電力電子技術(shù)；極限溫度；電路器件

社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步給電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也為該領(lǐng)域的研究人士帶來了一定的壓力和困難。在眾多的壓力和困難中，電力電子技術(shù)在極限溫度下的應(yīng)用更是一個(gè)比較困難的研究課題。我國電力電子領(lǐng)域在極限溫度方面雖然有了一定的研究，同時(shí)其研究成果也為多個(gè)領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及社會(huì)進(jìn)步的需要，現(xiàn)有的對極限溫度下電力電子技術(shù)的運(yùn)用研究已經(jīng)明顯不能滿足發(fā)展的需要。因此，我國電力電子技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究人員應(yīng)該加強(qiáng)對極限溫度的研究，并在研究的的過程中逐漸將對電力電子技術(shù)在極限溫度方面的研究納入到該領(lǐng)域研究的重要課題，從而促進(jìn)電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

一.高低溫下的功率電路器件

眾所周知，我國現(xiàn)有的功率電路器件其工作溫度范圍大多數(shù)來講都在溫度0度到100度之間，所以在這一溫度區(qū)間的電路器件都是比較好控制的。但是，一旦溫度不在這一區(qū)間內(nèi)，那么各個(gè)功率電路器件就會(huì)有所改變。所以，就筆者看來，要想很好的研究極限溫度下電力電子技術(shù)的應(yīng)用，首先要考慮的就是功率電路器件在過高溫度下，或者過低溫度下的狀態(tài)，從而有利于該研究的發(fā)展。

大多數(shù)的電力電子器件都會(huì)受到溫度的嚴(yán)重影響。如果溫度過高，那么電力電子器件中的電阻就會(huì)加大，相應(yīng)的電流量就會(huì)減小，這一問題的出現(xiàn)，不僅會(huì)影響電力電子器件的正常工作，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致電力事故，威脅人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。所以，對于溫度過高或過低狀態(tài)下的電力器件，更應(yīng)該加強(qiáng)對其的重視，因?yàn)檫@些電力器件在工作的狀態(tài)下是十分不穩(wěn)定的。因而，對于極限溫度下工作的電力電子器件，其內(nèi)部的構(gòu)造以及其組成的成分必須要在嚴(yán)格的分析研究下，進(jìn)行選擇。

由上述可知，功率電路器件是電力電子技術(shù)中關(guān)鍵的研究部分，功率電子器件對于極限溫度方面的要求卻是十分復(fù)雜的，并且直接影響到電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，在今后的電力電子技術(shù)的發(fā)展的過程中，要不斷的加強(qiáng)對極限溫度方面的的研究和探索。本文在此主要從兩個(gè)方面對極限溫度下電力電子技術(shù)進(jìn)行了一定的探索，希望能夠?yàn)樵摲矫娴倪M(jìn)一步發(fā)展提供一些參考。

二.SiC器件及其應(yīng)用

近年來，以硅器件為基礎(chǔ)的電力電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，對于器件的研究重點(diǎn)在于降低通態(tài)和開關(guān)損耗，提高工作頻率并且提高器件的集成度。然而，目前硅器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝已經(jīng)相當(dāng)完善而接近其由材料特性決定的理論極限，特別是在高溫應(yīng)用領(lǐng)域其發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)十分有限。在這種情況下，SiC電力電子器件應(yīng)運(yùn)而生。由于碳和硅之間的共價(jià)鍵比硅原子之間的要強(qiáng)，因此SiC器件的擊穿電場強(qiáng)度是硅器件的10倍，導(dǎo)熱性是其3倍，這些使得SiC器件具有更高的性能。高的擊穿場強(qiáng)可以使SiC電力器件的摻雜區(qū)更薄，摻雜濃度更大，降低了通態(tài)電阻。這樣就可以極大地減小通態(tài)和開關(guān)損耗，同時(shí)可以提高器件的工作頻率。良好的導(dǎo)熱性可以使SiC器件在固定的結(jié)溫下得到較高的開關(guān)容量。另外，由于SiC器件屬于寬禁帶材料，其最高工作溫度有可能超過600℃。所有這些特性都決定了SiC器件能夠勝任現(xiàn)代電力電子技術(shù)的各種應(yīng)用，尤其是在高溫場合其優(yōu)越性就更明顯了。電力電子器件的發(fā)展過程中，功率頻率乘積這個(gè)指標(biāo)可以很好的反映器件水平的進(jìn)展和狀態(tài)。

三.新型冷卻和散熱技術(shù)

隨著電力電子元器件容量不斷增加、頻率不斷提高，器件發(fā)熱的問題就凸現(xiàn)出來了。特別是在一些高溫的應(yīng)用場合，如果沒有適當(dāng)?shù)纳岽胧?，就可能使器件的溫度超過所允許的最高結(jié)溫，從而導(dǎo)致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以在電路設(shè)計(jì)中，選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s和散熱方式并合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)是使器件的潛力得到充分發(fā)揮，提高電路可靠性不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一。對于上述的空氣冷卻方式，增加翅片散熱的表面積，加大風(fēng)量可降低對流熱阻和空氣溫升熱阻。然而此舉與降低傳導(dǎo)熱阻正好矛盾。因此傳統(tǒng)散熱器是在有限的傳導(dǎo)熱阻之中取盡可能大的散熱面積。而使用熱管可以解決這一矛盾。熱管是一個(gè)密閉封焊的蒸發(fā)冷卻器件，由密封管、吸液芯和蒸汽通道組成，利用充在其中的工作液體的循環(huán)作用將熱量傳導(dǎo)并散發(fā)。熱管誕生于1963年，并迅速應(yīng)用于人造衛(wèi)星上，但是由于成本太高，始終不能廣泛使用。目前，我國電子產(chǎn)品市場種類日益豐富，電力電子裝置逐漸的走向高頻化和小型化，熱管散熱器的市場價(jià)格偏低，因此，將熱管散熱器應(yīng)用于電路中有良好的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的散熱方式不能滿足溫度對電力電子裝置的要求，所以，針對大容量、高工作溫度的應(yīng)用場合，提出了液態(tài)冷卻。液體冷卻系統(tǒng)是利用循環(huán)泵來保證冷卻液在熱源和冷源之間循環(huán)交換熱量。

極限溫度下，電力電子技術(shù)的應(yīng)用是一種技術(shù)難度比較高，且涉及方面比較廣的技術(shù)。而以上僅僅只是對該研究兩個(gè)方面的粗略研究。然而僅僅是這兩個(gè)方面還有很多內(nèi)容需要研究，而事實(shí)上，在極限溫度下，電力電子技術(shù)還有許多方面需要進(jìn)行探索和研究。因此，對于極限溫度下，電力電子技術(shù)的發(fā)展還需要該領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的進(jìn)一步分析和探索。

結(jié)語

綜上所述，極限溫度下，電力電子技術(shù)的應(yīng)用對于該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展有著不可忽視的重要作用。然而，由于這一方面的研究比較困難，再加之我國在極限溫度方面的研究也還有限，沒有達(dá)到一定的深度和廣度，因而嚴(yán)重的影響了電力電子技術(shù)的快速發(fā)展。所以，我國電力電子技術(shù)的專業(yè)人士應(yīng)該加強(qiáng)對極限溫度方面的重視和研究，同時(shí)要從該課題的多個(gè)方面、多個(gè)角度進(jìn)行研究，從而研究出更有利于電力電子技術(shù)發(fā)展，更有利于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)和成果。

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