极限温度下电力电子技术的运用

杨 环

哈尔滨京青电气有限公司

极限温度下电力电子技术的运用

杨 环

哈尔滨京青电气有限公司

电力电子技术在科学技术的飞速发展下，在社会的许多领域、许多方面都有了新的应用，因而得到了很大的发展和进步。同时，电力电子技术在各个领域、方面的应用也在一定程度上促进了社会经济的发展和进步，尤其是极限温度下电力电子技术的应用的贡献更为巨大。因此，在极限温度下，相关工作人员更要加强对电力电子技术的研究。本文主要阐述了高低温下的功率电路器件，并对极限温度下的SiC器件及其应用、新型冷却和散热技术两个方面进行了一定的分析，旨在为提高我国在极限温度下电力电子技术的运用而提供一些有价值的参考意见。

电力电子技术；极限温度；电路器件

社会的发展与进步给电力电子技术的发展带来了前所未有的机遇，同时也为该领域的研究人士带来了一定的压力和困难。在众多的压力和困难中，电力电子技术在极限温度下的应用更是一个比较困难的研究课题。我国电力电子领域在极限温度方面虽然有了一定的研究，同时其研究成果也为多个领域做出了巨大的贡献，但是，随着科学技术的发展，以及社会进步的需要，现有的对极限温度下电力电子技术的运用研究已经明显不能满足发展的需要。因此，我国电力电子技术相关领域的研究人员应该加强对极限温度的研究，并在研究的的过程中逐渐将对电力电子技术在极限温度方面的研究纳入到该领域研究的重要课题，从而促进电力电子技术的发展和进步。

一.高低温下的功率电路器件

众所周知，我国现有的功率电路器件其工作温度范围大多数来讲都在温度0度到100度之间，所以在这一温度区间的电路器件都是比较好控制的。但是，一旦温度不在这一区间内，那么各个功率电路器件就会有所改变。所以，就笔者看来，要想很好的研究极限温度下电力电子技术的应用，首先要考虑的就是功率电路器件在过高温度下，或者过低温度下的状态，从而有利于该研究的发展。

大多数的电力电子器件都会受到温度的严重影响。如果温度过高，那么电力电子器件中的电阻就会加大，相应的电流量就会减小，这一问题的出现，不仅会影响电力电子器件的正常工作，更严重的还会导致电力事故，威胁人们的生命安全和财产安全。所以，对于温度过高或过低状态下的电力器件，更应该加强对其的重视，因为这些电力器件在工作的状态下是十分不稳定的。因而，对于极限温度下工作的电力电子器件，其内部的构造以及其组成的成分必须要在严格的分析研究下，进行选择。

由上述可知，功率电路器件是电力电子技术中关键的研究部分，功率电子器件对于极限温度方面的要求却是十分复杂的，并且直接影响到电力电子技术的发展和应用。因此，在今后的电力电子技术的发展的过程中，要不断的加强对极限温度方面的的研究和探索。本文在此主要从两个方面对极限温度下电力电子技术进行了一定的探索，希望能够为该方面的进一步发展提供一些参考。

二.SiC器件及其应用

近年来，以硅器件为基础的电力电子技术已经发展得相当成熟，对于器件的研究重点在于降低通态和开关损耗，提高工作频率并且提高器件的集成度。然而，目前硅器件的结构设计和工艺已经相当完善而接近其由材料特性决定的理论极限，特别是在高温应用领域其发展潜力已经十分有限。在这种情况下，SiC电力电子器件应运而生。由于碳和硅之间的共价键比硅原子之间的要强，因此SiC器件的击穿电场强度是硅器件的10倍，导热性是其3倍，这些使得SiC器件具有更高的性能。高的击穿场强可以使SiC电力器件的掺杂区更薄，掺杂浓度更大，降低了通态电阻。这样就可以极大地减小通态和开关损耗，同时可以提高器件的工作频率。良好的导热性可以使SiC器件在固定的结温下得到较高的开关容量。另外，由于SiC器件属于宽禁带材料，其最高工作温度有可能超过600℃。所有这些特性都决定了SiC器件能够胜任现代电力电子技术的各种应用，尤其是在高温场合其优越性就更明显了。电力电子器件的发展过程中，功率频率乘积这个指标可以很好的反映器件水平的进展和状态。

三.新型冷却和散热技术

随着电力电子元器件容量不断增加、频率不断提高，器件发热的问题就凸现出来了。特别是在一些高温的应用场合，如果没有适当的散热措施，就可能使器件的温度超过所允许的最高结温，从而导致器件性能的恶化以致损坏。所以在电路设计中，选择适当的冷却和散热方式并合理地进行设计是使器件的潜力得到充分发挥，提高电路可靠性不可缺少的重要环节之一。对于上述的空气冷却方式，增加翅片散热的表面积，加大风量可降低对流热阻和空气温升热阻。然而此举与降低传导热阻正好矛盾。因此传统散热器是在有限的传导热阻之中取尽可能大的散热面积。而使用热管可以解决这一矛盾。热管是一个密闭封焊的蒸发冷却器件，由密封管、吸液芯和蒸汽通道组成，利用充在其中的工作液体的循环作用将热量传导并散发。热管诞生于1963年，并迅速应用于人造卫星上，但是由于成本太高，始终不能广泛使用。目前，我国电子产品市场种类日益丰富，电力电子装置逐渐的走向高频化和小型化，热管散热器的市场价格偏低，因此，将热管散热器应用于电路中有良好的发展前景。传统的散热方式不能满足温度对电力电子装置的要求，所以，针对大容量、高工作温度的应用场合，提出了液态冷却。液体冷却系统是利用循环泵来保证冷却液在热源和冷源之间循环交换热量。

极限温度下，电力电子技术的应用是一种技术难度比较高，且涉及方面比较广的技术。而以上仅仅只是对该研究两个方面的粗略研究。然而仅仅是这两个方面还有很多内容需要研究，而事实上，在极限温度下，电力电子技术还有许多方面需要进行探索和研究。因此，对于极限温度下，电力电子技术的发展还需要该领域专业人士的进一步分析和探索。

结语

综上所述，极限温度下，电力电子技术的应用对于该技术领域的发展有着不可忽视的重要作用。然而，由于这一方面的研究比较困难，再加之我国在极限温度方面的研究也还有限，没有达到一定的深度和广度，因而严重的影响了电力电子技术的快速发展。所以，我国电力电子技术的专业人士应该加强对极限温度方面的重视和研究，同时要从该课题的多个方面、多个角度进行研究，从而研究出更有利于电力电子技术发展，更有利于促进社会经济发展的技术和成果。

[1]邹高域,赵争鸣,袁立强,王雪松.双PWM变换器的系统安全工作区及其应用[J].电力自动化设备.2014(03)

[2]何文志,丘东元,肖文勋,张波.高频大功率开关电源结构的热设计[J].电工技术学报.2013(02)