功率器件

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功率器件范文第1篇

大功率器件、模块或超大规模集成电路在工作过程中有较大的损耗，产生大量的热量使器件或模块的温度升高，若不采取冷却措施，器件的管芯的温度会超过硅片的结温温度(150℃左右)，管芯会因过热而烧毁。因此，大功率器件、模块、超大规模集成电路要根据其发热的情况采取各种不同的冷却措施以保证其安全工作。

近年来，不少大功率器件在封装上由穿孔式改成贴片式，这使传统的散热、冷却的结构发生变化，从而开发出不少新型冷却装置及新型温度检测及风扇控制集成电路。这使电路工作更安全、减少噪声及更节能。

本文介绍一些散热器、冷却风扇及风扇控制器集成电路的应用。

器件的热量产生

集成电路是由许多三极管、二极管及电阻等小元器件组成的。每一个小元器件在工作时都有一些损耗。例如，三极管在线性范围工作时，其损耗为Vce×Ic；二极管在工作时，其损耗为VF×IF。这些损耗都转化成热量，是热量产生的原因。

集成度低的IC，损耗小，发热量不大。所产生的热量还可以通过封装材料或金属引脚传到空气中和印制板的敷铜走线上，温升不大，无须采用任何冷却措施。

如果是超大规模集成电路，并且工作在很高频率时，其损耗是很大的。如现代的高速台式计算机或服务器的核心器件CPU，它在工作时会产生大量的热量，使管芯温度很快升到150℃以上，往往需要用带有风扇的专用散热器来冷却。如果在CPU上拿掉带风扇的专用散热器，则CPU会在数分钟内冒烟、烧毁。

有一些大功率器件或模块(如大功率运算放大器、固态继电器)，虽然其集成度不高，但若工作于高电压、大电流状态，其自身的功耗也是很大的，即使是大功率三极管、功率MOSFET或IGBT一类分立器件，如果在高频率、高电压、大电流工作条件下，也会产生较高的温度而需要采取合适的冷却措施。

发热与冷却是一对矛盾。在产品设计中尽量选用功耗低的器件，但不可避免地还有不少会产生大量热量的器件，则要进行热计算、设计散热结构。这往往会影响到产品的结构、外形尺寸大小，其设计的好坏还会影响产品的质量及生产成本。

常用的冷却措施

常用的冷却措施有加散热器、冷却风扇、热电冷却器、水冷却器。它们的特点及应用如表1所示。

在台式电子设备中，应用最广的冷却措施是散热器和散热器加冷却风扇。

散热器及其应用实例

这里将介绍一些散热器及其应用实例。

1．多个散热器的应用实例

在电子设备中往往有多个功率器件，其发热量不同，往往采用不同尺寸、结构的散热器。图1是一个台式计算机中的开关电源(输入功率770W)的内部结构。它有3个散热器(1～3)。1上安装了一个功率器件，而2、3上各安装了3个功率器件。散热器2的功率器件安装情况如图2所示。

由于该电源仅用散热器尚不足达到散热目的，还需采用冷却风扇产生的强气流来加强散热，如图1上部所示(主要冷却散热器2)。

2．大型型材散热器大型型材散热器如图3所示。上图为输出100W的AC／DC变换器，下图为50W的AC／DC变换器。

3．小尺寸功率器件及小型功率模块的散热器

贴片式封装尺寸要比同型号DIP封装的尺寸小得多，不能像CPU一样在顶部加一个小型散热器(其散热效果也不佳)。但不少贴片式功率器件在器件底部有的散热垫(如图4所示)，它与PCB的大面积地

线连接可达到散热效果。有的器件用增加引脚的方式使热量从引脚传到印制板达到散热的目的。为了更进一步散热，往往在PCB的底部加一块铝板或散热器实现冷却、散热，如图5所示。

冷却风扇

冷却风扇产生强气流将散热器的热量排出机箱以达到冷却的目的。冷却风扇有交流或直流供电(交流为市电)，直流供电时有不同的工作电压(如5V、9V、12V、24V等)，根据不同的气流量其外型尺寸不同、耗电也不问。

一般常用的是直流轴流型无刷电机组成的冷却风扇，其形状为正方形，尺寸为16mm×16mm～120mm×120mm，其转速从几千个rpm到上万rpm(小型磁悬浮轴承风扇)，气流量从零点几个CFM到几十个CFM。选择风扇时还要注意噪声大小及工作寿命。

当电子设备要求较大的气流量时，则要选一台大尺寸的风扇，往往采用2-3台小尺寸的风扇来代替大尺寸风扇，这样可以减小机箱的高度尺寸。

近年来，冷却风扇也不断地改进。例如，为增加转速、减小噪声、提高寿命(风扇损坏往往是轴承损坏开始)，开发了磁悬浮轴承的冷却风扇，小尺寸的冷却风扇转速可达17000rpm。为适用于便携式设备的冷却，开发出低功耗、超小型冷却风扇。如型号为F16EA的直流无刷冷却风扇，其尺寸为16mm×16mm×4mm，重1．3g，工作电压3．3V，电流0．02A，气流量为0．43CFM，其噪声甚小，仅4dBa。适合于电池供电的便携式设备用，其外形如图6所示。

一种尺寸较大的San Acc 120直流冷却风扇，其工作电压有12V、24V及48V三种，尺寸为120mm×120mm×38mm，在60℃温度下平均寿命为40000小时，并有转速信号输出，可输入PWM信号对风扇实现调速。这可减小噪声、功耗，并可延长风扇寿命。其风扇外形如图7所示。

温度检测与风扇控制IC

早期的冷却风扇是没有控制的，设备的电源一打开，风扇则全速运行，不管功率器件是否是轻载还是重载或是空载，直到设备的电源关断时，冷却风扇才停止工作。这样电路是简单了，但风扇的噪声大、耗电大，并且风扇的寿命短。

如果能测量功率器件的温度，若其温度不高，则风扇可不工作；若温度超过设定的阈值时，风扇工作；若能根据器件的温度高低用PWM信号来控制转速(调节气流量)，使达到温度高时转速高，温度低时转速低，这是最佳的控制方式。另外，能检测风扇的转速，如风扇有故障(如转速下降或转子卡死)，则需要系统断电以防止功率器件过热而损坏，这样可更加安全。

近年来，开发出很多温度检测及风扇控制IC。这里仅举一个简单的双温度开关MAX6685，它可以检测CPU或FPGA一类内部有温度传感器的管芯温度，并可由用户设定风扇运行时的低阈值温度(超过低阈值温度时，风扇运行)；另外，还有工厂设定的高阈值温度(120℃或125℃)，若风扇有故障停转或减速，使管芯温度超过高阈值温度，给出信号可切断系统电源以保证系统的安全。

图8是MAX6685的应用电路图，功率器件可以是CPU、FPGA(现场可编程门阵列)或专用IC(内部的三极管，利用发射极及基极组成一个PN结的二极管测温传感器，检测管芯的温度)。内部的测温二极管接在DXP及DXN端。S1、S2端为低阈值温度设定端，现S1、S2接地(GND)，低阈值温度为75℃。当超过75℃时，TLOW端输出高电平，外接N-MOSEFT导通，风扇运转对器件实行冷却。若风扇有故障，器件温度升高到超过120℃或125℃时，THIGH输出低电平，此信号使系统电源切断，以保证系统的安全(THIGH内部为开漏结构)。

该器件型号后缀中有L时，其高阈值温度为120℃；后缀后中有H时，其高阈值温度为125℃。另外，型号的后缀中有40时，其低阈值温度范围为+40℃～+80℃；后缀中有75时，其低阈值温度范围为+75℃～+115℃。低阈值温度由用户设定，S1、S2的接法与设置的低阈值温度值如表2所示。

功率器件范文第2篇

关键词: P型扩散区耗尽层;方块电阻;CT解剖测量法

0 前言

目前,国内生产大电流﹑高反压的硅半导体功率器件产品,多采用N型硅单晶片为原材料,使用P型杂质深扩散的方法形成耐高压的PN结。产品的耐压理论计算,普遍采用N基区单边突变结“耗尽层近似理论”,忽略了P区的耐压,致使产品的设计参数与实际参数相差较大。

作者利用正负电荷等量相存的“电中性原理”,推导出了P型深扩散区耗尽界面的位置;利用所谓“CT解剖测量”方法,确定P型耗尽层宽度;进而计算出P型扩散区的耐压。

1 P型扩散区耗尽层的理论推导

1.1 在反向雪崩电压下,N区耗尽层的方块电阻

式4中,Wn﹑Wp分别是N区和P区耗尽层厚度坐标,x是厚度的自变量。

既然N区耗尽层中的正电荷量与P型耗尽层中的负电荷量是相等的,而N区耗尽层的方块电阻近似为3KΩ/,P区耗尽层的方块电阻是否也近似为3KΩ/呢?答案是否定的。因为半导体的方块电阻,既决定于半导体内载流子的可动电荷量,还决定于载流子的迁移率。在高纯硅中,电子的迁移率为1360C㎡/(V·S),而空穴为495C㎡/(V·S)[3]。载流子的迁移率与半导体硅的电阻率成反比关系,故国内硅半导体功率器件在反向雪崩电压时,P区耗尽层的方块电阻近似为:Rp = 8KΩ/,其值可以根据实用硅片的电阻率参照表1进行修正。这是本文的结论之一。

上述由P型杂质深扩散模型导出的结论,亦可用于PiN型结构的硅半导体功率器件产品。在PiN型结构中,“耗尽层近似理论”“电中性原理”仍然有效,而这二点理论是导出本结论的理论依据。

1.3 在反向雪崩电压下,P型扩散区耗尽层

从PN结向P区方向取一薄层,随着几何宽厚度的增加,薄层内所含杂质原子数逐渐增多,薄层的方块电阻逐渐减小。当方块电阻数值等于8KΩ/时,该薄层就是:在反向雪崩电压下,P区的耗尽层;该薄层处于P区的界面就是:在反向雪崩电压下,P型深扩散区耗尽层界面;该薄层的厚度就是:在反向雪崩电压下,P型深扩散区耗尽层的厚度。

Wp越大。国内硅半导体功率器件产品中的普通整流管,其Wp值约为5-10um;普通晶闸管的Wp值,约为20-40um。

上述方块电阻的测量工艺方法,系笔者发明,由于所用精密仪器少,方法简便直观,可多次测量求平均值等优点,被国内硅半导体功率器件行业誉为“C T解剖测量法”。

3 P型扩散区耗尽层的耐压

参考文献:

[1]黄昆、韩汝琦,《半导体物理基础》,1979.

[2]徐传骧,《高压硅半导体器件耐压与表面绝缘技术》,1985.

功率器件范文第3篇

关键词：功率电子开关器件， 晶闸管 ，晶体管

Abstract: this paper introduces the power switch power of the device development course, switching device principle and characteristics. In its analysis of the application of the electronic device, and the future development of the power electronic switching device was prospected.

Keywords: power electronic switching device, thyristor, transistor

中图分类号：F407.61 文献标识码：A文章编号：

功率电力开关器件是电子技术的基础，也是电子技术发展的平台。1958年美国通用电气（CE）公司研制出第一个工业用普通晶闸管（SCR），它标志着功率电子开关技术的诞生。宣告了人类在电能变换和控制方面从旋转的交流机组和静止的离子变流器进入了由电子开关构成新型变流器时代。半导体业经过近半个世纪的研发至今已有四代功率电子开关产品问世。第一代功率电子开关产品主要是普通晶闸管及派生系列。第二代功率电子开关器件主要有功率三极管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘门双极型晶体管（IGBT）、MOS控制晶闸管（MCT）和高压集成电路等。第三代功率电子开关器件是智能化产品。目前已有智能化绝缘门极双极型晶体管，称智能IGBT。第四代为沟槽栅结构的IGBT，目前已在试验中。有望在短的时间内有系列产品出现。

半控制型功率电子开关器件

半控制型功率电子开关器件主要有普通晶闸管及其派生器件。普通晶闸管具有可控的单向导电性，即不但具有一般二极管的单向导电的整流作用，而且还可以对导通电流进行控制。单向晶闸管是PNPN四层结构，形成三个PN结，具有三个外电极。可等效为PNP、NPN两个晶体管组成的复合管。目前的制造容量为：12KV/1KA和6.5KV/4KA。

光控晶闸管是通过光信号控制晶闸管触发导通的器件，它具有很强的抗干扰能力、良好的高压绝缘性能和较高的瞬时过电压承受能力，因而被广泛地应用于高压直流输电（HVDC）、静止无功补偿（SVC）等领域。目前容量水平为8KV/3.6KA。

非对称晶闸管是一种正、反相电压耐量不对称的晶闸管，而逆导晶闸管是非对称晶闸管的一种特例，是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。于普通晶闸管相比，它具有关断时间短、正相压降小、额定结温高、高温特性好等优点。主要运用于逆变器和整流器中。目前的容量制造水平3KV/0.9KA。

二、全控型功率电力开关器件

全控型功率电力开关器件有如下几种产品：

1、门极可关断晶闸管（GTO）。1964年美国第一次试验成功了0.5KV/0.01KA的GTO。因容量较小，当时只用于汽车点火装置和电视机行扫描电路。20世纪70年代后期GTO的研制取得了重大突破。相继研制出1.3KV/0.6KA；2.5KV/1KA；4.5KV/2.4KA的产品。目前已达到9KV/2.5KA/0.8KHZ和6KV/6KA/1KHZ的水平。GTO有对称、非对称和逆向导通三种类型。主要运用于中等容量的牵引驱动中。目前各类自关断开关器件中GTO容量最大。它还在高压领域占有一席之地。

2、大功率晶体管（GTR）。GTR是一种电流控制的双极双结电子开关器件（又称大林顿三极管），生产于上世纪70 年代。其额定值已达：1.8KV/0.8KA/2KHZ，1.4KV/0.6KA/5KHZ；0.6KV/0.3KA/100KHZ;它既具有晶体管的固有特性，又增大了功率容量。其优点是它组成的电路灵活、成熟、开关频率较高。在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。GTR的缺点是驱动电流较大，耐浪涌电流的能力差。易受二次击穿而损坏。正逐步被MOSFET和IGB所代替。

3、功率场效应管（功率MOSFET）。功率场效应管是一种电压控制型单极晶体管。它是通过栅极电压来控制漏极电流的。因而它的一个显著特点是驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快、工作频率高（100KHZ）、为所有功率电子开关器件中频率之最。因而最适合应用于开关电源、高频感应加热器等高频场合。其缺点是电流容量较小、耐压低、通态压降大。目前制造水平在1KV/0.02KA/2000KHZ和0.06KV/0.2KA/2000KHZ。

三、复合型功率电力开关器件

1、绝缘门极双极型晶体管（IGBT）。IGBT是美国CE公司和RCA公司于1983年首先研制的。IGBT集GRT通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。IGBT的开关速度低于功率MOSFET；却高于GTR；通态压降同GTR相近，但比功率MOSFET低的多；电流、电压等级与GTR接近，而比功率MOSFET高。目前其生产水平已达到4.5KV/1KA。IR公司已生产出开关频率达150KHZ的WARP系列。IGBT近年来被广泛地应用于中等功率容量（600V以上）的UPS开关电源及交流电机控制用PWM逆变器中。并正逐步替代GTR成为功率开关器件的核心元件。

2、MOS控制晶闸管（MCT）。MCT最早是美国CE公司研制的，是由MOSFET与晶闸管复合而成的新型器件，每个MCT器件由成千上万的MCT元件组成。而每个元件又是由一个PNPN和一个控制MCT关断的MOSFET组成。MCT工作于超擎住状态，是一个真正的PNPN器件，其通态电阻低于其它场效应器件。MCT既具有功率MOSFET输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快的特点、又兼有晶闸管高电压、大电流、低压降的优点。目前已制造出阻断电压高达4KV以上的MCT，在25A/1KV的串联谐振器交换器中得到使用。

四、功率集成电路（PIC）

1、PIC是功率电子开关器件技术与微电子技术相结合的产物。是机电一体化的关键接口元件。将功率器件及其驱动电路、保护电路、接口电路等电路集成在一个或几个芯片上就制成了PIC。功率集成电路可分为高压功率集成电路（HVIC）智能功率集成电路（SPIC）和智能功率模块（IPM）。2、 HVIC是多个高压器件与低压模拟器件或逻辑电路在单片上的集成。由于它的功率器件是横向的，电流容量较小、而控制电路的电流密度较大，故大多数用于小型电机驱动，平板显示驱动及长途电话通信电路等高电压、小电流场合。3、SPIC是由一个或几个纵向结构的功率器件与控制和保护电路集成而成。电流容量大而耐压能力差，适合作为电机驱动，汽车功率开关及调压等。4、IPM除了集成功率器件和驱动电流外，还集成了过电压过电流过热等故障监测电路。快将监测信号传给CPU以保证IPM自身安全。目前IPM中的功率器件一般由IGBT充当。IPM体积小、可靠性高、使用方便。主要运用于交流电机控制和家用电器。已有400V/55KW/20KHZ的IPM得到应用。

五、结论

功率电力开关器件地应用已深入到工业生产和社会生活以及国防等各个方面。实际地需要将极大地推动新器件的创新。微电子技术和功率电力器件的结合，一些具有高载流子迁移率强的热电传导性以及宽带隙的新型半导体材料如：砷化镓、碳化硅、人造金刚石等材料有助于开发新一代高结温、高频率、高动态参数的器件。从结构上看，功率电力开关器件将向复合化、模块化发展。从性能上看发展方向将是提高容量和工作频率，降低通态压降，减小驱动功率、改善动态参数和多功能化。从应用上看，MOSFET、IGBT、MCT是最具有发展前景的器件。GTO将继续在超高压大功率领域发挥作用；功率MOSFET在高频、低压、小功率领域具有优势。大电流普通晶闸管在高压直流输电和静止无功功率补偿装置中的作用会得到延续。而低压普通晶闸管和GTR将逐步被功率MOSFET（600V以下）和IGBT（600V以上）所代替。MCT最具发展前途。

参考文献 ：

[1] 菲利浦功率MOSFET 《世界电子元器件》[M] 2000

功率器件范文第4篇

关键词：谐波；抑制技术；PWM

在公共电网的发展中，一直无法避免电网谐波的产生，消除谐波成为该领域的一大难点。在20世纪初期，静止汞弧变流器被广泛应用，但它却对电网电压和电流波形产生了影响[1]，使其产生了畸变。直到20世纪中叶，伴随着高压直流输电技术的出现，促进了人们对整流器的研究与探索。

谐波源泛指在公用电网工作过程中，会产生谐波电压或谐波电流的设备，通常是一非线性设备。

谐波的危害

在使用公用电网领域发展初期，由于电力电子装置的使用较少，产生的谐波污染也不多，所以并没有引起人们的关注。但随着人们对电力的需求，以及该领域的迅速发展，各种电子设备在电网系统、商业部门和民间中投入使用，造成了许多设备故障和意外事故，使谐波污染的问题变得不容忽视。

谐波所产生的影响主要体现在一下几个方面：

1、降低用电效率。电网设备产生的谐波，会引起设备中的元器件发热[4]，增加元器件的损耗。

2、减少设备使用周期。元器件发热会加速设备老化，降低设备使用寿命。

3、产生串联或并联谐振。谐波会导致电网和补偿电容器之间产生谐振。

4、保护设施发生故障。谐波会造成保护设施做出错误判断，进而引起错误的动作。

5、测量设备不准确。谐波会对测量工具产生干扰，造成测量结果不准确，这将影响测量人员的判断[5]。

6、对周围其他系统产生干扰。谐波会影响到周遭设备的正常运转[3]。

谐波抑制技术

在达到日常生活生产的前提下，还需要满足谐波标准的要求，这就需要降低电子设备产生的谐波。现阶段对谐波的抑制手段主要分为两类：一类是被动对所产生的谐波进行补偿的方式，通常是在电子设备中加入相对独立的滤波器等补偿装置，既能抑制设备所产生的谐波污染，又不对设备本身产生影响[7]。另一类是主动改进电力电子设备的方法，该方法主要是对设备本身的器件进行升级，使之不再产生谐波。目前，在实际使用中，采用较多的谐波抑制技术有：

1、有源电力滤波器

2、有源功率因数校正技术

3、无源电力滤波器

4、PWM整流技术

在电力电子设备中，整流电路为逆变模块和斩波模块提供了直流稳压电源，此类电源通常首先是由二极管进行整理，再经过电容滤波后得到，由于有这些非线性器件存在，所以很难避免产生谐波以及无用功率的问题[8]。

PWM整流技术的出现，对于日益严重的谐波污染问题有了革命性的转折。PWM技术的原理，可以看作是依靠加入半导体器件，进而完成对电压的变频变压操作，从而达到理想中抑制谐波的目的，具体方法是利用二极管通断的特性将直流电压转变为特定波形的电压脉冲序列。从二十世纪中期，研究人员首次将使用在通信系统中的调制技术应用到逆变技术中，发展至今已经实现了多种调制方式，其中具有代表性的是二十世纪八十年代出现的空间矢量PWM（SVPWM）控制策略，它与之前的正弦波脉宽调制SPWM不同，其为了得到准圆形旋转磁场而选用了转换逆变器空间电压矢量，该技术的优点在于取得更高效率的同时，还可以在较低的开关频率下进行。

鉴于不同控制方法的优缺点，再加之各种电子设备的普及化和民用化，使得消除谐波的需求刻不容缓，而统计表明，在所有的谐波污染中有四分之三是有整流设备带来的，所以说本课题关于高功率因数整流器及其控制策略的比较研究是很有实际意义的[2]。

国内外PWM整流技术的发展状况

自PWM整流技术的数学模型首次被建立以来，虽经过许多研究人员的多年开发与改进，但其本质并没有大的改变，仍然是以R.Wu，S.B.Dewan等人在a、b、c三相坐标系中所建立的PWM整流器模型，后人在此基础之上进行了改进，Chun.T.Rim和Dong.Y. Hu等人对原始数学模型进行坐标变换，进而在、坐标系中建立等效模型，并对PWM整流器进行了状态分析。Hengchun Mao等人进一步对该数学模型进行简化，建立了降阶小信号模型。

主流的PWM整流器分类方法是将其分为电压型PWM整流器和电流型PWM整流器两大类，也按照其他分类方法将PWM整流器进行归类，例如按PWM开关的调制方式，可分为软开关调制PWM整流器和硬开关PWM整流器；按调制电平的相位数，可分为二电平PWM整流器、三电平PWM整流器和多电平PWM整流器等。虽然PWM整流器较以往的整流技术具有精度准，特性强，效率高等优点，但在实际应用中却建设成本和复杂度较高，使其很难在一些小众场合中应用。在一些需要大功率整流设备的场合中，例如电镀行业、氧化行业等大中型企业，尤其是在需要将能力进行双向传导时，其具有十分巨大的应用市场。伴随着其他领域技术的发展，也促使PWM整流器向着多功能化、智能化、高频化、电路弱电化以及数字化方向发展，新的拓扑结构和新的控制策略再也不断被开发出来[12]。

电压型PWM整流器的数学模型

在通常情况下，分析和研究PWM整流器的动态特性和静态特性时，研究人员经常选取的方法就是建立与之相对应的数学模型。在本节中，将讲述如何建立三相静止坐标系（a，b，c）、两相静止垂直坐标系（α，β），以及两相同步旋转坐标系（d，q）中的PWM整流器的数学模型。

PWM整流器数学模型的复杂性主要体现在多变量、强耦合、非线性等高阶系统中，需要对其的电压和频率分别进行控制，这就必须要有对电压和频率单独输入变量，对于该系统的分析和仿真是一个相对较为困难的阶段。在实际情况下，研究人员应该在数学模型里给定各个变量的变化范围，从而是得整个结构变得简单，进而减少系统的阶数，便于计算。在PWM整流器的数学模型中，我们常常选用的是低频信号，这使得我们需要避免与高频谐波的开关频率相关的参数[14]。根据整流器的低频模型，我们可以得到整流器的矢量结果，并可以很好地证明整流器的运行机制和物理量的逻辑。脉宽调制整流器的开关频率大大超过了电力系统的基本频率，可以是脉宽调制整流器的一部分，从而简化了其结构，只考虑低频分量，导致低频率模型。低频模型非常适合于控制系统的设计，可直接用于控制器的设计。然而，由于该模型，对开关过程中的高频分量被忽略，所以无法进行动态波形的仿真精度的研究。

基于开关函数，构造了一种符合于PWM整流器的高频数学模型。然而，高频的数学模型中包括的开关过程中的高频分量，想要再利用其去建立控制器是几乎无法完成的。

参考文献

[1] 何新霞.电压型PWM可逆整流器建模与系统仿真[J].石油大学学报，1999，（3）：93-95.

功率器件范文第5篇

关键词： 激光器 功率特性 多通道 测试系统

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 引言

激光器诞生已有几十年的历史，而且已广泛运用。1966年气动CO2激光器诞生了，从此CO2激光器受到了极大的关注。由于激光技术中气动技术的引进，CO2激光器开辟了广阔的运用前景。伴随着科学技术的进步，世界各国的激光技术也得到了相应的发展，二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光，它发展较早，商业产品较为成熟，被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量测等各个领域。

低功率CO2激光器到目前为止没有行业和国家标准。当前低功率CO2激光器还没有相应的国家标准，只有中国机械工业联合会出的JB/T 10785-2007《大功率横流连续波二氧化碳激光器》，但该标准适用于直流电激励且电场方向、气体流向、光束输出方向三轴相互正交，输出多模激光功率为1000W～10000W边疆的二氧化碳激光器。另外还有JB/T 9490-2013《二氧化碳激光器 主要参数测试方法》，该标准适用于二氧化碳激光器常用光电参数的测试方法，但都不是针对激光功率特性相关的检测方法。

没有企业标准，也没有专用检测设备开展质量检测。目前，用于雕版机、雕刻机、切割机的激光管和用于裁剪机的玻璃激光管，其工作波长为10.6μm连续波工作的二氧化碳激光器，没有专门适用的产品标准和方法标准。所以造成这些激光器在出厂前无法进行相应的检测，激光器采购商也无法对产品合格与否进行检测。但也有业内一些大型采购商迫于无奈，已自己定义编制了一套产品入产检验细则，对激光器功率等关键参数进行检测，但根据这些检验细则，一是还有部分项目虽然有制定方法，但由于缺乏专业设备还是无法开展检测，二是检测这些项目企业需要投入大量人力去手工检验，而且检测准确性不高。

激光器是激光设备的核心部件，长久以来，激光器核心技术被国外企业所垄断，激光器参数配套检测装置的研究与开发在国内更加少，大部分激光设备及其激光器在应用时都无法进行相关的测试，影响了激光设备功能的正常发挥，因此，研究开发激光器参数智能检测装置及其测试方法，应用于激光器和激光设备显得尤为迫切。所以需要提供一套面向多对象的高精度、低成本、多通道、快速检测的激光器功率特性测试仪，是行业的急切需求。

2 系统设计原理和结构

2.1 系统整体设计

二氧化碳激光器功率特性智能测试仪是激光器及激光设备功率特性测试设备，属光机电一体化技术范畴，其主要有控制系统部分和机械部分组成。测试装置硬件及软件是整个测试仪性能发挥的基础，良好的硬件组合与智能化的软件程序可以使得测试仪发挥更佳的效益，通过对测试装置硬件系统进行了重新布局与优化，编制了对应软件程序，提高测试装置的响应速度与测试精度。系统结构和系统硬件分配及关系如图1和图2所示。

2.2 多通道检测的研究

多通道检测是激光功率特性测试发展的必然趋势，一一检测费时费力，不利于检测效率的提升，项目开展多通道检测研究，使得测试装置可以同时开展多路检测，提高了检测的效率，并且可以根据实时检测结果对有逻辑关系的测量数据进行分析与计算，确保整个测试过程具有较高的智能化水平。

2.3 激光器功率特性测试方法的自动化检测

同时多路开展检测工作，并且采用程序化设定，自动的对阀值功率、阀值电压、功率曲线、功率稳定度、电流稳定度、功率电流特性等项目进行测试并记录数据，通过后台处理，将数据发送给主机，给出合格与否的判定，实现了整个过程的自动智慧检测。

2.4 系统结构

1程序化智能控制电源2触摸屏3便携机箱4功率探测器5激光6支架7支架底座8多通道安装平台

3 应用前景

系统可以作为检测部门确定二氧化碳激光器质量好坏的主要检测方法依据。同时能自动快速的对二氧化碳激光器进行功率特性进行检测，响应政府“机器换人”号召，提高企业的生产效率，降低了人工成本。生产厂家使用本产品在线检测，及时过程控制，降低次品率。作为采购二氧化碳激光器的用户对产品进行进货检验把关的依据。作为二氧化碳激光器研发提升的指导性依据。本系统所涉及的检验项目和检测方法，将来可以提升为联盟标准，行业标准乃至国家标准。

4 结束语

本测试系统能够实现“机代人”，大幅度节约劳动力成本，进一步贯彻落实了《关于2014年加快推进“机器换人”工作的实施意见》（浙经信投资〔2014〕78号），加快推进机器换人步伐，解决企业日益严峻的“招工难”、“用工贵”问题，努力实现产业的自动制造、智能制造、绿色制造和安全制造。

参考文献：

[1] 浙经信投资〔2014〕78号.《关于2014年加快推进“机器换人”工作的实施意见》.

[2] 李适民.激光器件原理与设计.北京：国防工业出版社。1998：220―2=56.

[3] 杨照金，王雷.激光功率和能量计量技术的现状与展望[J].应用光学，2004，25（3）：1-4.