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場(chǎng)效應(yīng)管的作用 1、場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。 2、場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。 3、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。 4、場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。 5、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開(kāi)關(guān)。 場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試 1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的管腳識(shí)別: 場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極,源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬(wàn)用表置于R1k檔,用兩表筆分別測(cè)量每?jī)蓚€(gè)管腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等,均為數(shù)K時(shí),則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S(可互換),余下的一個(gè)管腳即為柵極G。對(duì)于有4個(gè)管腳的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,另外一極是屏蔽極(使用中接地)。 2、判定柵極 用萬(wàn)用表黑表筆碰觸管子的一個(gè)電極,紅表筆分別碰觸另外兩個(gè)電極。若兩次測(cè)出的阻值都很小,說(shuō)明均是正向電阻,該管屬于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,黑表筆接的也是柵極。 制造工藝決定了場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極是對(duì)稱的,可以互換使用,并不影響電路的正常工作,所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。 注意不能用此法判定絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。因?yàn)檫@種管子的輸入電阻極高,柵源間的極間電容又很小,測(cè)量時(shí)只要有少量的電荷,就可在極間電容上形成很高的電壓,容易將管子損壞。 3、估測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力 將萬(wàn)用表?yè)艿絉100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,相當(dāng)于給場(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓。這時(shí)表針指示出的是D-S極間電阻值。然后用手指捏柵極G,將人體的感應(yīng)電壓作為輸入信號(hào)加到柵極上。由于管子的放大作用,UDS和ID都將發(fā)生變化,也相當(dāng)于D-S極間電阻發(fā)生變化,可觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極時(shí)表針擺動(dòng)很小,說(shuō)明管子的放大能力較弱;若表針不動(dòng),說(shuō)明管子已經(jīng)損壞。 由于人體感應(yīng)的50Hz交流電壓較高,而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同,因此用手捏柵極時(shí)表針可能向右擺動(dòng),也可能向左擺動(dòng)。少數(shù)的管子RDS減小,使表針向右擺動(dòng),多數(shù)管子的RDS增大,表針向左擺動(dòng)。無(wú)論表針的擺動(dòng)方向如何,只要能有明顯地?cái)[動(dòng),就說(shuō)明管子具有放大能力。本方法也適用于測(cè)MOS管。為了保護(hù)MOS場(chǎng)效應(yīng)管,必須用手握住螺釘旋具絕緣柄,用金屬桿去碰柵極,以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極上,將管子損壞。 MOS管每次測(cè)量完畢,G-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷,建立起電壓UGS,再接著測(cè)時(shí)表針可能不動(dòng),此時(shí)將G-S極間短路一下即可。 電容: 一、電容的分類和作用 電容(Electric capacity),由兩個(gè)金屬極,中間夾有絕緣材料(介質(zhì))構(gòu)成。由于絕緣材料的不同,所構(gòu)成的電容器的種類也有所不同。 按結(jié)構(gòu)可分為:固定電容,可變電容,微調(diào)電容。 按介質(zhì)材料可分為:氣體介質(zhì)電容,液體介質(zhì)電容,無(wú)機(jī)固體介質(zhì)電容,有機(jī)固體介質(zhì)電容電解電容。 按極性分為:有極性電容和無(wú)極性電容。 我們最常見(jiàn)到的就是電解電容。 電容在電路中具有隔斷直流電,通過(guò)交流電的作用,因此常用于級(jí)間耦合、濾波、去耦、旁路及信號(hào)調(diào)諧。 二、電容的單位 電阻的基本單位是:F (法),此外還有F(微法)、pF(皮法),另外還有一個(gè)用的比較少的單位,那就是:nF(納法),由于電容 F 的容量非常大,所以我們看到的一般都是F、nF、pF的單位,而不是F的單位。 他們之間的具體換算如下: 1F1000000F 1F=1000nF=1000000pF 三、電容的耐壓 單位:V(伏特) 每一個(gè)電容都有它的耐壓值,這是電容的重要參數(shù)之一。普通無(wú)極性電容的標(biāo)稱耐壓值有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等,有極性電容的耐壓值相對(duì)要比無(wú)極性電容的耐壓要低,一般的標(biāo)稱耐壓值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。 四、電容的種類 電容的種類有很多,可以從原理上分為:無(wú)極性可變電容、無(wú)極性固定電容、有極性電容等,從材料上可以分為:CBB電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。 五、特點(diǎn) 無(wú)感CBB電容 2層聚丙乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成。 無(wú)感,高頻特性好,體積較小 不適合做大容量,價(jià)格比較高,耐熱性能較差。 電解電容 兩片鋁帶和兩層絕緣膜相互層疊,轉(zhuǎn)捆后浸泡在電解液(含酸性的合成溶液)中。 容量大。 高頻特性不好。 電解電容其作用是: 隔直流:作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò)。 旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。 耦合:作為兩個(gè)電路之間的連接,允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路。 濾波:將整流以后的鋸齒波變?yōu)槠交拿}動(dòng)波,接近于直流。 儲(chǔ)能:儲(chǔ)存電能,用于必須要的時(shí)候釋放。 1uF/100V,0.1uF/100V,0.01uF/100V,0.0033uF/100V。以上為無(wú)感CCB電容。作用如下: 隔直流:作用是阻止直流通過(guò)而讓交流通過(guò)。 旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。 耦合:作為兩個(gè)電路之間的連接,允許交流信號(hào)通過(guò)并傳輸?shù)较乱患?jí)電路。 濾波:將整流以后的鋸齒波變?yōu)槠交拿}動(dòng)波,接近于直流。 光耦=光電耦合器,主要用來(lái)隔離傳遞信號(hào)。與樓上所說(shuō)的“進(jìn)行電壓比較”一說(shuō)有點(diǎn)不沾邊。8 L9 p8 ?/ p# C8 : F9 光耦由一只發(fā)光二極管,和一只光敏管構(gòu)成。通過(guò)采用不同的光敏管,可制造出不同性能的光耦。常見(jiàn)的有四腳和六腳的品種,其區(qū)別多數(shù)是因?yàn)閮?nèi)部光敏管的關(guān)系。一般采用了光敏三極管,四腳的只接CE兩個(gè)極,六腳的光耦把光敏管的基極也接出來(lái)了(部份產(chǎn)品并沒(méi)有),這樣可給內(nèi)部光敏三極管增加偏置電流。: # P/ w F6 N5 d0 j工作原理大概是這樣的:6 G7 d+ m% 5 x8 m, f首先啰嗦一下什么叫發(fā)光管什么叫光敏管。發(fā)光管即發(fā)光二極管。當(dāng)有電流流過(guò)發(fā)光管且達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí),發(fā)光管便會(huì)發(fā)光,而且流過(guò)的電流越大,亮度也越高。當(dāng)然這個(gè)變化的范圍是有限的,流過(guò)發(fā)光管的電流超過(guò)發(fā)光管所能承受的電流時(shí),發(fā)光管便會(huì)燒掉。光敏管在光耦里應(yīng)該是對(duì)光線敏感的三極管,即當(dāng)其受到光線照射時(shí)其導(dǎo)通程度會(huì)產(chǎn)生變化,一般是光照越強(qiáng),其導(dǎo)通程度越深。光耦的工作原理就是通過(guò)改變發(fā)光管的工作電流來(lái)控制發(fā)光管亮度,進(jìn)而控制光敏管導(dǎo)通程度,以達(dá)到信號(hào)傳輸?shù)哪康摹?、將驅(qū)動(dòng)電路的控制部分和主回路隔離,避免主回路中的強(qiáng)電干擾控制回路中的弱電信號(hào)。2、通過(guò)隔離,人工在線調(diào)試的時(shí)候更加安全了。 3、驅(qū)動(dòng)電路的輸入輸出使用不同的地,利用隔離,可以避免之間的干擾。就是在驅(qū)動(dòng)半橋電路時(shí),上管和下管不能共地,所以要隔離。1N4148與3.3V反接,有何用途,穩(wěn)壓,反相導(dǎo)通? 另:如果我想讓5V的輸出電壓更加穩(wěn)定,能否在輸出反相并聯(lián)一個(gè)5V的肖特基二極管? 答1、反接后是并在經(jīng)限流電阻輸出的電源上(煩請(qǐng)描述清楚些)的話,是提高穩(wěn)壓值的,一般1N4148導(dǎo)通后有0.45-0.55V的壓降,借此與常見(jiàn)穩(wěn)壓二極管反串后可以替代一些不在系列上的穩(wěn)壓二極管,如此電路應(yīng)是穩(wěn)壓在3.7-3.8V之間的電源電路;另若要得到更穩(wěn)定的穩(wěn)壓電源,最好是采用 7805系列的三端??欤?答2、如果是與3.3V串聯(lián)反接,可能是為了防止3.3V倒灌到別的電路中去了。 答3、1N4148是普通的二極管,主要是用于單向?qū)ā?N4148與3.3V反接,看是在什么線路上??赡苁怯蓜e的電壓整流到3.3V; 或者是信號(hào)鉗位保護(hù),當(dāng)信號(hào)電壓超過(guò)3.3V時(shí),二極管導(dǎo)通。在開(kāi)關(guān)電源中,增加反相并聯(lián)的肖特基二極管沒(méi)用,增加電容才能使輸出穩(wěn)定。答4、一般是防靜電,除了防凈電,還可在電源接反的情況下,保護(hù)其它電路(如MCU). 答5、我見(jiàn)過(guò)的一般在reset (電阻電容)電路中,是不是在上電的時(shí)候起到保護(hù)作用?(AVR的芯片很多都是這樣連的 - zjcsharp) 答6、Reset電路里的二極管是加快電容放電速度的作用 答7、1N4148是一般的二極管,具有單向?qū)щ娦?,除以上各位所說(shuō)的功能外,還可作整流用。答8、兩者是串聯(lián)還是并聯(lián)?如果是串聯(lián)的那是提高熱穩(wěn)定性的,使穩(wěn)壓值不因工作電流和溫度的變化而變化.如果是反接并聯(lián),好像還沒(méi)有這么用的,只能做0.50.7V穩(wěn)壓管用了,沒(méi)有必要吧 答9、普通的二極管 可以做穩(wěn)壓 鉗位 單向?qū)?可以做感性器件的防倒灌 保護(hù)電路 答10、增加穩(wěn)壓電壓,穩(wěn)壓管3.7V+4148可作4.3穩(wěn)壓管子 答11、1N4148是快速恢復(fù)二極管,用于保護(hù)。比如電平倒灌或者感生電動(dòng)勢(shì)等。如果是高頻感生電動(dòng)勢(shì),則需要用肖特基二極管 igbt模塊IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小,開(kāi)關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。 圖1所示為一個(gè)N 溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu), N+ 區(qū)稱為源區(qū),附于其上的電極稱為源極。N+ 區(qū)稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū),附于其上的電極稱為柵極。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在漏、源之間的P 型區(qū)(包括P+ 和P 一區(qū))(溝道在該區(qū)域形成),稱為亞溝道區(qū)( Subchannel region )。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+ 區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)( Drain injector ),它是IGBT 特有的功能區(qū),與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP 雙極晶體管,起發(fā)射極的作用,向漏極注入空穴,進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制,以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極。 IGBT 的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道,給PNP 晶體管提供基極電流,使IGBT 導(dǎo)通。反之,加反向門極電壓消除溝道,切斷基極電流,使IGBT 關(guān)斷。IGBT 的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET 基本相同,只需控制輸入極N一溝道MOSFET ,所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET 的溝道形成后,從P+ 基極注入到N 一層的空穴(少子),對(duì)N 一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制,減小N 一層的電阻,使IGBT 在高電壓時(shí),也具有低的通態(tài)電壓。 IGBT模塊的選擇IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí),所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時(shí),開(kāi)關(guān)損耗增大,使原件發(fā)熱加劇,因此,選用IGBT模塊時(shí)額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流。特別是用作高頻開(kāi)關(guān)時(shí),由于開(kāi)關(guān)損耗增大,發(fā)熱加劇,選用時(shí)應(yīng)該降等使用。 使用中的注意事項(xiàng)由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu),IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄,其擊穿電壓一般達(dá)到2030V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn): 在使用模塊時(shí),盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分,當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí),要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后,再觸摸; 在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí),在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊; 盡量在底板良好接地的情況下操作。 在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極最大額定電壓,但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合,也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。 此外,在柵極發(fā)射極間開(kāi)路時(shí),若在集電極與發(fā)射極間加上電壓,則隨著集電極電位的變化,由于集電極有漏電流流過(guò),柵極電位升高,集電極則有電流流過(guò)。這時(shí),如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓,則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。 在使用IGBT的場(chǎng)合,當(dāng)柵極回路不正?;驏艠O回路損壞時(shí)(柵極處于開(kāi)路狀態(tài)),若在主回路上加上電壓,則IGBT就會(huì)損壞,為防止此類故障,應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10K左右的電阻。 在安裝或更換IGBT模塊時(shí),應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇,當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱,而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查,一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。 保管時(shí)的注意事項(xiàng)一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所,應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài),不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為535 ,常濕的規(guī)定在4575左右。在冬天特別干燥的地區(qū),需用加濕機(jī)加濕; 盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)合; 在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象,因此IGBT模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方; 保管時(shí),須注意不要在IGBT模塊上堆放重物; 裝IGBT模塊的容器,應(yīng)選用不帶靜電的容器。 IGBT模塊由于具有多種優(yōu)良的特性,使它得到了快速的發(fā)展和普及,已應(yīng)用到電力電子的各方各面。因此熟悉IGBT模塊性能,了解選擇及使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的。 編輯本段發(fā)展歷史1979年,MOS柵功率開(kāi)關(guān)器件作為IGBT概念的先驅(qū)即已被介紹到世間。這種器件表現(xiàn)為一個(gè)類晶閘管的結(jié)構(gòu)(P-N-P-N四層組成),其特點(diǎn)是通過(guò)強(qiáng)堿濕法刻蝕工藝形成了V形槽柵。 80年代初期,用于功率MOSFET制造技術(shù)的DMOS(雙擴(kuò)散形成的金屬-氧化物-半導(dǎo)體)工藝被采用到IGBT中來(lái)。2在那個(gè)時(shí)候,硅芯片的結(jié)構(gòu)是一種較厚的NPT(非穿通)型設(shè)計(jì)。后來(lái),通過(guò)采用PT(穿通)型結(jié)構(gòu)的方法得到了在參數(shù)折衷方面的一個(gè)顯著改進(jìn),這是隨著硅片上外延的技術(shù)進(jìn)步,以及采用對(duì)應(yīng)給定阻斷電壓所設(shè)計(jì)的n+緩沖層而進(jìn)展的3。幾年當(dāng)中,這種在采用PT設(shè)計(jì)的外延片上制備的DMOS平面柵結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)規(guī)則從5微米先進(jìn)到3微米。 90年代中期,溝槽柵結(jié)構(gòu)又返回到一種新概念的IGBT,它是采用從大規(guī)模集成(LSI)工藝借鑒來(lái)的硅干法刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新刻蝕工藝,但仍然是穿通(PT)型芯片結(jié)構(gòu)。4在這種溝槽結(jié)構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)了在通態(tài)電壓和關(guān)斷時(shí)間之間折衷的更重要的改進(jìn)。 硅芯片的重直結(jié)構(gòu)也得到了急劇的轉(zhuǎn)變,先是采用非穿通(NPT)結(jié)構(gòu),繼而變化成弱穿通(LPT)結(jié)構(gòu),這就使安全工作區(qū)(SOA)得到同表面柵結(jié)構(gòu)演變類似的改善。 這次從穿通(PT)型技術(shù)先進(jìn)到非穿通(NPT)型技術(shù),是最基本的,也是很重大的概念變化。這就是:穿通(PT)技術(shù)會(huì)有比較高的載流子注入系數(shù),而由于它要求對(duì)少數(shù)載流子壽命進(jìn)行控制致使其輸運(yùn)效率變壞。另一方面,非穿通(NPT)技術(shù)則是基于不對(duì)少子壽命進(jìn)行殺傷而有很好的輸運(yùn)效率,不過(guò)其載流子注入系數(shù)卻比較低。進(jìn)而言之,非穿通(NPT)技術(shù)又被軟穿通(LPT)技術(shù)所代替,它類似于某些人所謂的“軟穿通”(SPT)或“電場(chǎng)截止”(FS)型技術(shù),這使得“成本性能”的綜合效果得到進(jìn)一步改善。 1996年,CSTBT(載流子儲(chǔ)存的溝槽柵雙極晶體管)使第5代IGBT模塊得以實(shí)現(xiàn)6,它采用了弱穿通(LPT)芯片結(jié)構(gòu),又采用了更先進(jìn)的寬元胞間距的設(shè)計(jì)。目前,包括一種“反向阻斷型”(逆阻型)功能或一種“反向?qū)ㄐ汀保鎸?dǎo)型)功能的IGBT器件的新概念正在進(jìn)行研究,以求得進(jìn)一步優(yōu)化。 IGBT功率模塊采用IC驅(qū)動(dòng),各種驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路,高性能IGBT芯片,新型封裝技術(shù),從復(fù)合功率模塊PIM發(fā)展到智能功率模塊IPM、電力電子積木PEBB、電力模塊IPEM。PIM向高壓大電流發(fā)展,其產(chǎn)品水平為12001800A/18003300V,IPM除用于變頻調(diào)速外,600A/2000V的IPM已用于電力機(jī)車VVVF逆變器。平面低電感封裝技術(shù)是大電流IGBT模塊為有源器件的PEBB,用于艦艇上的導(dǎo)彈發(fā)射裝置。IPEM采用共燒瓷片多芯片模塊技術(shù)組裝PEBB,大大降低電路接線電感,提高系統(tǒng)效率,現(xiàn)已開(kāi)發(fā)成功第二代IPEM,其中所有的無(wú)源元件以埋層方式掩埋在襯底中。智能化、模塊化成為IGBT發(fā)展熱點(diǎn)。 現(xiàn)在,大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅(qū)動(dòng)電路除上面介紹的由分立元件構(gòu)成之外,現(xiàn)在已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路.其性能更好,整機(jī)的可靠性更高及體積更小。IGBT模塊的作用2 IGBT模塊的選擇 IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)下表。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí),所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時(shí),開(kāi)關(guān)損耗增大,使原件發(fā)熱加劇,因此,選用IGBT模塊時(shí)額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流。特別是用作高頻開(kāi)關(guān)時(shí),由于開(kāi)關(guān)損耗增大,發(fā)熱加劇,選用時(shí)應(yīng)該降等使用。3 使用中的注意事項(xiàng)由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu),IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄,其擊穿電壓一般達(dá)到2030V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn):在使用模塊時(shí),盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分,當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí),要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后,再觸摸;在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí),在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊;盡量在底板良好接地的情況下操作。在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極最大額定電壓,但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合,也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此,通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào),以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。此外,在柵極發(fā)射極間開(kāi)路時(shí),若在集電極與發(fā)射極間加上電壓,則隨著集電極電位的變化,由于集電極有漏電流流過(guò),柵極電位升高,集電極則有電流流過(guò)。這時(shí),如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓,則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。在使用IGBT的場(chǎng)合,當(dāng)柵極回路不正常或柵極回路損壞時(shí)(柵極處于開(kāi)路狀態(tài)),若在主回路上加上電壓,則IGBT就會(huì)損壞,為防止此類故障,應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10K左右的電阻。在安裝或更換IGBT模塊時(shí),應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻,最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇,當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱,而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查,一般在散熱片上靠近IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。4 保管時(shí)的注意事項(xiàng)一般保存IGBT模塊的場(chǎng)所,應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài),不應(yīng)偏離太大。常溫的規(guī)定為535 ,常濕的規(guī)定在4575左右。在冬天特別干燥的地區(qū),需用加濕機(jī)加濕;盡量遠(yuǎn)離有腐蝕性氣體或灰塵較多的場(chǎng)合;在溫度發(fā)生急劇變化的場(chǎng)所IGBT模塊表面可能有結(jié)露水的現(xiàn)象,因此IGBT模塊應(yīng)放在溫度變化較小的地方;保管時(shí),須注意不要在IGBT模塊上堆放重物;裝IGBT模塊的容器,應(yīng)選用不帶靜電的容器。5 結(jié)束語(yǔ)IGBT模塊由于具有多種優(yōu)良的特性,使它得到了快速的發(fā)展和普及,已應(yīng)用到電力電子的各方各面。因此熟悉IGBT模塊性能,了解選擇及使用時(shí)的注意事項(xiàng)對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用是十分必要的.肖特基二極管-原理 肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子, 肖特基二極管圖解所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然,金屬A中沒(méi)有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A,B表面電子濃度表面逐漸降輕工業(yè)部,表面電中性被破壞,于是就形成勢(shì)壘,其電場(chǎng)方向?yàn)锽A。但在該電場(chǎng)作用之下,A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從AB的漂移運(yùn)動(dòng),從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡,便形成了肖特基勢(shì)壘。典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng),提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘,如圖所示。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓(陽(yáng)極金屬接電源正極,N型基片接電源負(fù)極)時(shí),肖特基勢(shì)壘層變窄,其內(nèi)阻變小;反之,若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢(shì)壘層則變寬,其內(nèi)阻變大。綜上所述,肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管,而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,近年來(lái),采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)世,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。肖特基二極管-結(jié)構(gòu) 新型高壓二極管新型高壓SBD的結(jié)構(gòu)和材料與傳統(tǒng)SBD是有區(qū)別的。傳統(tǒng)SBD是通過(guò)金屬與半導(dǎo)體接觸而構(gòu)成。金屬材料可選用鋁、金、鉬、鎳和鈦等,半導(dǎo)體通常為硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。由于電子比空穴遷移率大,為獲得良好的頻率特性,故選用N型半導(dǎo)體材料作為基片。為了減小SBD的結(jié)電容,提高反向擊穿電壓,同時(shí)又不使串聯(lián)電阻過(guò)大,通常是在N襯底上外延一高阻N薄層。CP是管殼并聯(lián)電容,LS是引線電感,RS是包括半導(dǎo)體體電阻和引線電阻在內(nèi)的串聯(lián)電阻,Cj和Rj分別為結(jié)電容和結(jié)電阻(均為偏流、偏壓的函數(shù))。 金屬導(dǎo)體內(nèi)部有大量的導(dǎo)電電子。當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸(二者距離只有原子大小的數(shù)量級(jí))時(shí),金屬的費(fèi)米能級(jí)低于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)。在金屬內(nèi)部和半導(dǎo)體導(dǎo)帶相對(duì)應(yīng)的分能級(jí)上,電子密度小于半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子密度。因此,在二者接觸后,電子會(huì)從半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散,從而使金屬帶上負(fù)電荷,半導(dǎo)體帶正電荷。由于金屬是理想的導(dǎo)體,負(fù)電荷只分布在表面為原子大小的一個(gè)薄層之內(nèi)。而對(duì)于N型半導(dǎo)體來(lái)說(shuō),失去電子的施主雜質(zhì)原子成為正離子,則分布在較大的厚度之中。電子從半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,形成空間電荷區(qū)、自建電場(chǎng)和勢(shì)壘,并且耗盡層只在N型半導(dǎo)體一邊(勢(shì)壘區(qū)全部落在半導(dǎo)體一側(cè))。勢(shì)壘區(qū)中自建電場(chǎng)方向由N型區(qū)指向金屬,隨熱電子發(fā)射自建場(chǎng)增加,與擴(kuò)散電流方向相反的漂移電流增大,最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,在金屬與半導(dǎo)體之間形成一個(gè)接觸勢(shì)壘,這就是肖特基勢(shì)壘。在外加電壓為零時(shí),電子的擴(kuò)散電流與反向的漂移電流相等,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓,半導(dǎo)體加負(fù)電壓)時(shí),自建場(chǎng)削弱,半導(dǎo)體一側(cè)勢(shì)壘降低,于是形成從金屬到半導(dǎo)體的正向電流。當(dāng)加反向偏壓時(shí),自建場(chǎng)增強(qiáng),勢(shì)壘高度增加,形成由半導(dǎo)體到金屬的較小反向電流。因此,SBD與PN結(jié)二極管一樣,是一種具有單向?qū)щ娦缘姆蔷€性器件。肖特基二極管-結(jié)構(gòu)原理 肖特基二極管肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的多屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然,金屬A中沒(méi)有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A,B表面電子濃度表面逐漸降輕工業(yè)部,表面電中性被破壞,于是就形成勢(shì)壘,其電場(chǎng)方向?yàn)锽A。但在該電場(chǎng)作用之下,A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從AB的漂移運(yùn)動(dòng),從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡,便形成了肖特基勢(shì)壘。 典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是以N型半導(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極(阻檔層)金屬材料是鉬。二氧化硅(SiO2)用來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng),提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),可在基片與陽(yáng)極金屬之間形成合適的肖特基勢(shì)壘,當(dāng)加上正偏壓E時(shí),金屬A和N型基片B分別接電源的正、負(fù)極,此時(shí)勢(shì)壘寬度Wo變窄。加負(fù)偏壓-E時(shí),勢(shì)壘寬度就增加。綜上所述,肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管,而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,近年來(lái),采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)世,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢(shì)壘外側(cè)無(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累,因此,不存在電荷儲(chǔ)存問(wèn)題(Qrr0),使開(kāi)關(guān)特性獲得時(shí)顯改善。其反向恢復(fù)時(shí)間已能縮短到10ns以內(nèi)。但它的反向耐壓值較低,一般不超過(guò)去時(shí)100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點(diǎn),能提高低壓、大電流整流(或續(xù)流)電路的效率。肖特基二極管-封裝 肖特基二極管肖特基二極管分為有引線和表面安裝(貼片式)兩種封裝形式。 采用有引線式封裝的肖特基二極管通常作為高頻大電流整流二極管、續(xù)流二極管或保護(hù)二極管使用。它有單管式和對(duì)管(雙二極管)式兩種封裝形式。肖特基對(duì)管又有共陰(兩管的負(fù)極相連)、共陽(yáng)(兩管的正極相連)和串聯(lián)(一只二極管的正極接另一只二極管的負(fù)極)三種管腳引出方式。采用表面封裝的肖特基二極管有單管型、雙管型和三管型等多種封裝形式,有A19種管腳引出方式。肖特基二極管-作用 肖特基二極管肖特基(Schottky)二極管,又稱肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱 SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管,也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見(jiàn)。 一個(gè)典型的應(yīng)用,是在雙極型晶體管 BJT 的開(kāi)關(guān)電路里面,通過(guò)在 BJT 上連接 Shockley 二極管來(lái)箝位,使得晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)其實(shí)處于很接近截止?fàn)顟B(tài),從而提高晶體管的開(kāi)關(guān)速度。這種方法是 74LS,74ALS,74AS 等典型數(shù)字 IC 的 TTL內(nèi)部電路中使用的技術(shù)。肖特基(Schottky)二極管的最大特點(diǎn)是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下,它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時(shí)間短。它也有一些缺點(diǎn):耐壓比較低,漏電流稍大些。選用時(shí)要全面考慮。肖特基二極管-優(yōu)點(diǎn) 肖特基二極管SBD具有開(kāi)關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn),但其反向擊穿電壓比較低,大多不高于60V,最高僅約100V,以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開(kāi)關(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中功率開(kāi)關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等,只有使用快速恢復(fù)外延二極管(FRED)和超快速恢復(fù)二極管(UFRD)。UFRD的反向恢復(fù)時(shí)間Trr也在20ns以上,根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz3MHz的SMPS需要。即使是硬開(kāi)關(guān)為100kHz的SMPS,由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗均較大,殼溫很高,需用較大的散熱器,從而使SMPS體積和重量增加,不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)。因此,發(fā)展100V以上的高壓SBD,一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年,SBD已取得了突破性的進(jìn)展,150V和200V的高壓SBD已經(jīng)上市,使用新型材料制作的超過(guò)1kV的SBD也研制成功,從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活力。 肖特基二極管-特點(diǎn) 肖特基二極管SBD的主要優(yōu)點(diǎn)包括兩個(gè)方面:1)由于肖特基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)壘高度,故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低(約低0.2V)。2)由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件,不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問(wèn)題。SBD的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間,完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少,故開(kāi)關(guān)速度非常快,開(kāi)關(guān)損耗也特別小,尤其適合于高頻應(yīng)用。但是,由于SBD的反向勢(shì)壘較薄,并且在其表面極易發(fā)生擊穿,所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿,反向漏電流比PN結(jié)二極管大。肖特基二極管-檢測(cè) 肖特基(Schottky)二極管也稱肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱SBD),它是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件,廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路,作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用,或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。1性能比較下表列出了肖特基二極管和超快恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開(kāi)關(guān)二極管的性能比較。由表可見(jiàn),硅高速開(kāi)關(guān)二極管的trr雖極低,但平均整流電流很小,不能作大電流整流用。肖特基二極管 2檢測(cè)方法下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹檢測(cè)肖特基二極管的方法。檢測(cè)內(nèi)容包括:識(shí)別電極;檢查管子的單向?qū)щ娦?;測(cè)正向?qū)航礦F;測(cè)量反向擊穿電壓VBR。 被測(cè)管為B82-004型肖特基管,共有三個(gè)管腳,將管腳按照正面(字面朝向人)從左至右順序編上序號(hào)、。選擇500型萬(wàn)用表的R1檔進(jìn)行測(cè)量,全部數(shù)據(jù)整理成下表:肖特基二極管測(cè)試結(jié)論: 第一,根據(jù)、間均可測(cè)出正向電阻,判定被測(cè)管為共陰對(duì)管,、腳為兩個(gè)陽(yáng)極,腳為公共陰極。 第二,因、之間的正向電阻只幾歐姆,而反向電阻為無(wú)窮大,故具有單向?qū)щ娦浴?第三,內(nèi)部?jī)芍恍ぬ鼗O管的正向?qū)▔航捣謩e為0.315V、0.33V,均低于手冊(cè)中給定的最大允許值VFM(0.55V)。 另外使用ZC 25-3型兆歐表和500型萬(wàn)用表的250VDC檔測(cè)出,內(nèi)部?jī)晒艿姆聪驌舸╇妷篤BR依次為140V、135V。查手冊(cè),B82-004的最高反向工作電壓(即反向峰值電壓)VBR=40V。表明留有較高的安全系數(shù).肖特基二極管-產(chǎn)品展示 肖特基二極管-應(yīng)用 SBD的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)使其適合于在低壓、大電流輸出場(chǎng)合用作高頻整流,在非常高的頻率下(如X波段、C波段、S波段和Ku波段)用于檢波和混頻,在高速邏輯電路中用作箝位。在IC中也常使用SBD,像SBDTTL集成電路早已成為TTL電路的主流,在高速計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。除了普通PN結(jié)二極管的特性參數(shù)之外,用于檢波和混頻的SBD電氣參數(shù)還包括中頻阻抗(指SBD施加額定本振功率時(shí)對(duì)指定中頻所呈現(xiàn)的阻抗,一般在200600之間)、電壓駐波比(一般2)和噪聲系數(shù)等。肖特基二極管-其它 肖特基二極管1、高壓SBD 長(zhǎng)期以來(lái),在輸出12V24V的SMPS中,次級(jí)邊的高頻整流器只有選用100V的SBD或200V的FRED。在輸出24V48V的SMPS中,只有選用200V400V的FRED。設(shè)計(jì)者迫切需要介于100V200V之間的150VSBD和用于48V輸出SMPS用的200VSBD。近兩年來(lái),美國(guó)IR公司和APT公司以及ST公司瞄準(zhǔn)高壓SBD的巨大商機(jī),先后開(kāi)發(fā)出150V和200V的SBD。這種高壓SBD比原低壓SBD在結(jié)構(gòu)上增加了PN結(jié)工藝,形成肖特基勢(shì)壘與PN結(jié)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的SBD,擊穿電壓由PN結(jié)承受。通過(guò)調(diào)控N區(qū)電阻率、外延層厚度和P區(qū)的擴(kuò)散深度,使反偏時(shí)的擊穿電壓突破了100V這個(gè)長(zhǎng)期不可逾越的障礙,達(dá)到150V和200V。在正向偏置時(shí),高壓SBD的PN結(jié)的導(dǎo)通門限電壓為0.6V,而肖特基勢(shì)壘的結(jié)電壓僅約0.3V,故正向電流幾乎全部由肖特基勢(shì)壘供給。為解決SBD在高溫下易產(chǎn)生由金屬半導(dǎo)體的整流接觸變?yōu)闅W姆接觸而失去導(dǎo)電性這一肖特基勢(shì)壘的退化問(wèn)題,APT公司通過(guò)退火處理,形成金屬金屬硅化物硅勢(shì)壘,從而提高了肖特基勢(shì)壘的高溫性能與可靠性。ST公司研制的150VSBD,是專門為在輸出12V24V的SMPS中替代200V的高頻整流FRED而設(shè)計(jì)的。像額定電流為28A的STPS16150CT型SBD,起始電壓比業(yè)界居先進(jìn)水平的200V/28AFRED(如STRR162CT)低0.07V(典型值為0.47V),導(dǎo)通電阻RD(125)低6.5m(典型值為40m),導(dǎo)通損耗低0.18W(典型值為1.14W)。APT公司推出的APT100S20B、APT100S20LCT和APT210IS20型200VSBD,正向平均電流IF(AV)=100A,正向壓降VF0.95V,雪崩能量EAS=100mJ。EAS
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