極限溫度下電力電子技術的運用

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的運用

楊 環(huán)

哈爾濱京青電氣有限公司

電力電子技術在科學技術的飛速發(fā)展下，在社會的許多領域、許多方面都有了新的應用，因而得到了很大的發(fā)展和進步。同時，電力電子技術在各個領域、方面的應用也在一定程度上促進了社會經(jīng)濟的發(fā)展和進步，尤其是極限溫度下電力電子技術的應用的貢獻更為巨大。因此，在極限溫度下，相關工作人員更要加強對電力電子技術的研究。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器件及其應用、新型冷卻和散熱技術兩個方面進行了一定的分析，旨在為提高我國在極限溫度下電力電子技術的運用而提供一些有價值的參考意見。

電力電子技術；極限溫度；電路器件

社會的發(fā)展與進步給電力電子技術的發(fā)展帶來了前所未有的機遇，同時也為該領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，電力電子技術在極限溫度下的應用更是一個比較困難的研究課題。我國電力電子領域在極限溫度方面雖然有了一定的研究，同時其研究成果也為多個領域做出了巨大的貢獻，但是，隨著科學技術的發(fā)展，以及社會進步的需要，現(xiàn)有的對極限溫度下電力電子技術的運用研究已經(jīng)明顯不能滿足發(fā)展的需要。因此，我國電力電子技術相關領域的研究人員應該加強對極限溫度的研究，并在研究的的過程中逐漸將對電力電子技術在極限溫度方面的研究納入到該領域研究的重要課題，從而促進電力電子技術的發(fā)展和進步。

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)，那么各個功率電路器件就會有所改變。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的應用，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受到溫度的嚴重影響。如果溫度過高，那么電力電子器件中的電阻就會加大，相應的電流量就會減小，這一問題的出現(xiàn)，不僅會影響電力電子器件的正常工作，更嚴重的還會導致電力事故，威脅人們的生命安全和財產(chǎn)安全。所以，對于溫度過高或過低狀態(tài)下的電力器件，更應該加強對其的重視，因為這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)部的構造以及其組成的成分必須要在嚴格的分析研究下，進行選擇。

由上述可知，功率電路器件是電力電子技術中關鍵的研究部分，功率電子器件對于極限溫度方面的要求卻是十分復雜的，并且直接影響到電力電子技術的發(fā)展和應用。因此，在今后的電力電子技術的發(fā)展的過程中，要不斷的加強對極限溫度方面的的研究和探索。本文在此主要從兩個方面對極限溫度下電力電子技術進行了一定的探索，希望能夠為該方面的進一步發(fā)展提供一些參考。

二.SiC器件及其應用

近年來，以硅器件為基礎的電力電子技術已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，對于器件的研究重點在于降低通態(tài)和開關損耗，提高工作頻率并且提高器件的集成度。然而，目前硅器件的結構設計和工藝已經(jīng)相當完善而接近其由材料特性決定的理論極限，特別是在高溫應用領域其發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)十分有限。在這種情況下，SiC電力電子器件應運而生。由于碳和硅之間的共價鍵比硅原子之間的要強，因此SiC器件的擊穿電場強度是硅器件的10倍，導熱性是其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)和開關損耗，同時可以提高器件的工作頻率。良好的導熱性可以使SiC器件在固定的結溫下得到較高的開關容量。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)代電力電子技術的各種應用，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，功率頻率乘積這個指標可以很好的反映器件水平的進展和狀態(tài)。

三.新型冷卻和散熱技術

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用場合，如果沒有適當?shù)纳岽胧涂赡苁蛊骷臏囟瘸^所允許的最高結溫，從而導致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以在電路設計中，選擇適當?shù)睦鋮s和散熱方式并合理地進行設計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，加大風量可降低對流熱阻和空氣溫升熱阻。然而此舉與降低傳導熱阻正好矛盾。因此傳統(tǒng)散熱器是在有限的傳導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)作用將熱量傳導并散發(fā)。熱管誕生于1963年，并迅速應用于人造衛(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格偏低，因此，將熱管散熱器應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，電力電子技術的應用是一種技術難度比較高，且涉及方面比較廣的技術。而以上僅僅只是對該研究兩個方面的粗略研究。然而僅僅是這兩個方面還有很多內(nèi)容需要研究，而事實上，在極限溫度下，電力電子技術還有許多方面需要進行探索和研究。因此，對于極限溫度下，電力電子技術的發(fā)展還需要該領域專業(yè)人士的進一步分析和探索。

結語

綜上所述，極限溫度下，電力電子技術的應用對于該技術領域的發(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，沒有達到一定的深度和廣度，因而嚴重的影響了電力電子技術的快速發(fā)展。所以，我國電力電子技術的專業(yè)人士應該加強對極限溫度方面的重視和研究，同時要從該課題的多個方面、多個角度進行研究，從而研究出更有利于電力電子技術發(fā)展，更有利于促進社會經(jīng)濟發(fā)展的技術和成果。

[1]鄒高域,趙爭鳴,袁立強,王雪松.雙PWM變換器的系統(tǒng)安全工作區(qū)及其應用[J].電力自動化設備.2014(03)

[2]何文志,丘東元,肖文勛,張波.高頻大功率開關電源結構的熱設計[J].電工技術學報.2013(02)