电力电子器件综述

第一篇：电力电子器件综述

电力电子器件综述

电力电子器件是电力电子技术的基础和核心。电力电子技术的不断拓扑和发展都是围绕着各种新型电力电子器件的诞生和完善进行的。“一代电力电子器件带动一代电力电子技术应用”是业界人士普遍的共识，可见其重要。电力电子技术就是一种采用电力电子器件进行功率变换和控制的技术。

由于电力电子学是以电力（Power）为对象的电子学，因此电力电子器件与微电子器件的区别是“服务对象”不同而导致其功能不同，但都是以半导体材料为基板制作成的电子器件。

电力电子技术的特征是高效和节能，这主要是电力电子器件一般工作在较理想的开关状态，其特点是：导通时压降很低；关断时漏电流很低。由此可以知道器件本身的功耗与它所控制的功率相比是非常小的，一般可以忽略不计。电力电子器件发展过程

做电力电子器件所用的材料有锗、硅和碳化硅。锗在上世纪70年代已经基本不用了，目前绝大部分电力电子器件是采用硅材料做出的。碳化硅是一种潜力较大的电力电子器件材料，目前正在发展之中。

电力电子器件有近60年的历史，比起一些传统产业，如发电、电机、机床等行业还是比较“年轻”。但它的发展速度很快，在一些具有里程碑意义的电力电子器件诞生之后，在自动化、传感电子和信息技术的配合下，在工业界掀起了一场又一场的“革命”。可以说是电力电子器件带着电力电子技术走进了千家万户，走进了国民经济的许多领域。

在半导体器件出现以前，电子器件主要是真空管和离子管等。1902年Hewitt发明了玻壳汞弧整流二极管；1911年Scohafer发展为铁壳汞弧整流二极管。由于Langmuir发表了等离子理论，导致Holl在1929年发明了热阴极三极放电管。1948年，在美国贝尔实验室诞生了世界上第一个锗晶体管，开创了半导体器件的新纪元。半导体器件无需灯丝加热，其损耗极低，寿命远远高于电子管。

1956年贝尔实验室发表了有关信号电平用的pnpn型开关。1958年，着眼于电力应用的美国通用电气（GE）公司率先研制出世界上第一个可控硅整流元件（SCR_Silicon Controlled Rectifier）。此后，人们将这种四层pn结和三端结构的半导体器件称为晶体闸流管（Thyristor），简称晶闸管。晶闸管是电力电子器件中的代表性器件，到目前为至，已有数百种不同结构的电力电子器件。由于器件结构的变化，导致了器件的外特性不尽相同，而电力电子应用工程师们将它们巧妙地用在了不同的工业控制装置中，使得这些装置广泛应用在不同的工业领域，促进和推动了国民经济的发展。

随着晶闸管的出现，电子学进入了强电领域，并显示出它的强劲的生命力。在上世纪70年代初期，晶闸管基本取代了维护困难的汞弧管。

上世纪七十年代是晶闸管统治电力电子器件的全盛时代，到了八十年代，晶闸管的发展已完全成熟。而九十年代，作为中小功率用的逆变器件，逐步让位于工作频率较高的门极可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管（GTR）、功率金属氧化物半导体场效应晶体管（功率MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等，当然，还有SIT、SITH、MCT等器件也出现在人们面前。在许多传统的相控整流领域，开始逐步被开关整流所取代。但在大功率范畴，双极性器件仍明显占主导地位。

由于电力电子技术的应用领域不断拓展和深入，对电力电子器件的性能有了新的要求，这样一些新型电力电子器件不断涌现。这些器件有的是在GTO、功率MOSFET、IGBT的基础上对内部结构进行一定的改良，有的是将电力电子器件与其他器件或电路进行物理上的组合，如：集成门极换向晶闸管（IGCT）、电子注入增强栅晶体管（IEGT）、集成电力电

子模块（IPM）、电力电子组合模块(PEBB)等。电力电子器件的几个重要概念

电力电子器件是一种大功率的半导体器件，它的基本工作原理与其他半导体类似，都基于半导体物理，如载流子的工作机理、空间电荷区、能级理论等。但是电力电子器件一般是工作在大电流和高电压下，因此就会有一系列特殊的物理过程和性能，这些性能对电力电子器件的拓扑和演变是非常重要的，下面简单介绍几个重要概念。

双极型器件和单极型器件依靠多数载流子和少数载流子（电子和空穴）同时进行导电的半导体器件称为双极型器件，像普通整流管、普通晶闸管、快速晶闸管、GTO、IGCT、IGBT等等。仅依靠多数载流子（电子或空穴）进行导电的半导体器件称为单极型器件，如功率MOSFET和静态感应型等电力电子器件。由于单极型器件没有少子参与导电，因此在器件关断期间没有少子的恢复过程，所以单极型器件的开关速度远远高于双极型器件。

但是单极型器件没有像双极型器件具有电导调制作用，因此通态压降较大，电流密度较小。一般情况下，通态电流在100A以上，电压在600V以上，就是双极型电力电子器件的天下了。

空间电荷区在一块半导体中，如果一部分是N型半导体，一部分是P型半导体，那么他们的交界面，就叫PN结。在PN结两侧的电子和空穴的浓度梯度是不同的，因此发生了相互扩散。扩散结果，就在PN结两侧的形成一个带相等正、负电荷的区域，我们称这个区域为空间电荷区。

空间电荷区中的载流子浓度和电荷区的宽度将随外加电压的大小会产生变化。空间电荷区就像一堵“墙”，墙越厚，则器件的耐压就越高。

少子寿命半导体分为N型半导体和P型半导体。一般定义为依靠电子导电的半导体称为N型半导体；而依靠空穴导电的半导体称为P型半导体。在N型半导体中虽电子为多数载流子（多子），但也存在少量空穴，我们称这些少量的载流子为少子；同理，在P型半导体中，电子为少子。

在任何时候，电子和空穴总是在不断地产生和复合。产生率和复合率相等，则为热平衡。一旦外界打破这种热平衡，如外加电压、光照等，则载流子的数量要高于在热平衡状态下的数量。如果外界因素消失，则载流子则经过一段复合的时间又恢复到热平衡状态，这段时间我们称恢复时间，少子寿命是描述少数载流子恢复时间的一个重要参数。

半导体中的少子寿命是可以人为控制的，对于不同用途的电力电子器件，它的少子寿命不同。少子寿命越短，器件的开关速度越快，像GTO、IGCT等，开关速度比普通晶闸管要快的多。

电导调制

电导调制作用是双极型晶闸管类电力电子器件所独有的工作机理，它的好处使通态电压降低。在器件导通后，P区的空穴和N区的电子大量涌入基区，这使基区的载流子浓度大大增加，基区的导电能力大大提高，即基区电阻率大大降低了，也就是说基区的电导被调制了。

当器件电压提高，所需的硅片电阻率和厚度就要增加，通态压降也就随之增加。有了电导调制效应，器件的正向压降就不会增加太多。电力电子器件的种类

我们知道，如果按大的方面来对电力电子器件来分类，可分为双极型器件和单极型器件；如果按PN结的数量来分，可分为整流管类（1个PN结）、晶体管类（2个PN结）、晶闸管类（3个PN结）；如果按器件关断的方式来分，可分为强制关断器件类和自关断器件类；如果按封装形式来分，有单管、双管、多管、混合，模块、组件等类别，如果按不同时间出现的不同，可分类为第一代、第二代、第三代等。由于电力电子器件品种繁多，分类的方式

也有许多种。

虽然电力电子器件种类繁多，但常用的器件不太多，有普通整流管、快速整流管、快恢复二极管、功率肖特基势垒二极管、普通晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管、不对称晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、GTO、（IGCT）、IGBT、功率MOSFET、功率集成电路（PIC）、高压集成电路（HVIC）、智能功率模块(IPM)、智能功率集成电路（SPIC）等。4 电力电子器件的应用领域

电力电子器件以核心器件的形式应用在电力电子装置或设备中。电力电子设备种类繁多，随着电力电子器件的创新发展和其控制方法的不断涌现，也将不断推出更多的新型电力电子装置。从电路角度可分为以下几个方面：

如果按应用领域来划分，则可分为七个领域：

1）电源类：电源是工业领域一种基础装备，不同的应用场合或对电源的要求不同，有许多种类，如电解电源、电镀电源、电焊机电源、高、中频加热电源、开关电源、不间断电源等。而这些电源中又有不同的种类，其中开关电源是目前应用最为广泛的一种。

2）电机传动类：这种类型分直流电机传动和交流电机传动两大类，随着新型电力电子器件和控制技术的不断创新，电机传动分为从纳米领域中微型电机到几万千瓦的特大电机，均可用电力电子技术进行控制。电机量大面广，其电力电子器件的应用空间无可限量。

3）交流电力控制器类：晶闸管交流电力控制器主要应用于自动控制系统，是信息处理控制中心与交流负载之间的接口。交流电力控制器有三种类型：采用移相脉冲触发方式的交流调压控制器、采用过零脉冲触发方式的交流调功器、采用随机或过零触发的电力电子开关。晶闸管交流电力控制器的效率一般可达99％，节能效果显著。

4）高压直流输电（HVDC）类：以电力电子器件为核心部件的变流器是高压直流输电的关键设备之一。高压直流输电是对远距离大容量输电和电网联网一种极为优越的方式，它的优点是：系统的静态、动态稳定性好、可简便迅速调整电流的大小和方向、线路损耗小于交流输电、联网时对两侧电网有隔离作用等。目前我国高压直流输电是世界上发展最快，应用最多的国家，可预测在未来的20年后，我国高压直流输电技术水平也将在世界上是最高的。

5）无功功率补偿类： 大型负载的剧变将使电网产生电压波动和闪变，因此无功功率补偿不仅是为了改善功率因数，还要考虑尽量减少电压波动和闪变。采用电力电子器件的无功功率补偿装置已经比较成熟，它和电容器、电抗器一起建立不同的投切组合来完成静态和动态的无功功率补偿功能。

6）日用电器和便携式电器类：功率MOSFET的出现，大大拓宽了电力电子技术在日用电器和便携式电器应用领域。电力电子技术渗透到空调、冰箱、照明、膝上式或笔记本计算机，移动电话、DVD机等日用电器中，有的可进行无级调节，有的可延长使用时间。单个日用电器和便携式电器虽然用电不多，但因为量大，其节电效果是非常可观的，绿色照明也是电力电子技术的一个亮点。

7）汽车电子类：现代的汽车中，由于要求改善发动机性能，要求更为安全和舒适，有许多部份都要用到半导体器件。例如发动机控制单元(占功率半导体器件在汽车电子市场中的40%左右)：包括燃油注入控制、点火控制、变速器等等。舒适用部件(约占25%)：包括动力驾驶盘、动力窗、动力门销、照明控制、空调、音响等等。安全及保护用部件(约占25-30%)。将来的汽车中，每辆汽车可用到高达二百个电力电子器件，可见其市场之大。电力电子器件与节能

电力电子器件通常工作在较理想的开关状态，将耗能降低到最低限度。电力电子装置中主电路均采用电力电子器件，其效率较高（大于85％，一般在90％以上）。电力电子技术是一种节能技术，这主要由于电力电子器件本身的工作机理所决定的。

我们知道，工频（50～60Hz）是发电的最佳频率，但它不是用电的最佳频率。如果电源频率提高，磁路截面积可以减小，从而电机体积减小，重量减轻。这种效果对诸如变压器、电抗器、镇流器等各种电磁元件都是适用的。为此，新型电力电子器件向高频发展，这些均称之为“高频器件”。如GTO、IGCT工作在600～1500Hz；IGBT工作在1～50kHz；功率MOSFET可以工作在20～1000kHz。一般来说，电力电子器件工作频率提高一个数量级，则用电设备的体积缩小到原来的一半。由于人的听觉最高频率为20kHz，因此将设备的频率超过这一频率，将会减少噪音，所以也有人说这是“20千周革命”。因此电力电子器件的高频化是目前最为突出的发展趋势。

电力电子器件的发展，使电力电子设备达到节省能量、节省资源、节省人力。因此，电力电子器件要尽量降低自身的功耗，提高工作频率，要发展复合型、大容量和模块化，使电力电子设备结构简单，可靠性提高，减少损耗，提高效率。电力电子器件与微电子器件

电力电子学（Power Electronics）和微电子学（Micro Electronics）构成了电子学的主要内容。狭义的讲，前者以研究电力的控制和传输为重点，后者则是以信号的采集和处理为重点。这种历史的分野，导致了自电子学诞生后两个方向的发展，随之也就出现了两个电子技术的应用领域。随着科学技术的不断发展和应用领域的相互渗透，电力电子技术和微电子技术充分发挥个自的特长，将两者融合，这在新型电力电子器件上表现的淋漓尽致。

电力电子学与信息电子学在技术上主要不同点是功效问题。对信息处理用的低电平电路很少要求效率超过15%。而电力电子技术中的功率电路却不能容忍其效率低于85%。因此可以说，要求高的效率，是电力电子技术的主要特征之一。为了提高效率，器件必须采用开关的工作方式。因为作为开关而言，导通时几乎不消耗能量(压降小)，关断时也因为漏电流很小而几乎不消耗能量。这样一种近于理想的开关就是电力电子器件。电力电子器件作为电力电子技术的核心部件的原因也即在此。

随着电力电子器件的工作频率正在不断的扩大，微电子器件的工艺也逐步引入电力电子器件工艺，如离子注入、外延、精密光刻、介质保护，封装形式等。有的器件，如IGBT和功率MOSFET的全部工艺在IC生产线上进行，只是在最后的终端保护上采取一些特殊措施。

随着功率集成技术的迅速发展，集成电路已出现了一个新的分支∶高压集成电路(HVIC)或功率集成电路(Power IC)。它使计算机的输出获得了一个直接联系到负载的 “功率接口”(Power Interface)。所谓功率集成技术包括隔离技术、场缓和技术、复合技术、逻辑电路和驱动电路技术。这些技术是各种集成或复合器件的基础技术。当前，POWER IC不仅作为接口，还可以直接用于许多方面，因而有广泛的产品市场。

兼有双极性器件(功率)和单极性器件(频率)两者之长的新型复合型器件，在IC工艺和平面结高压技术基础上也有了很大发展，并形成了一个复合器件的大家族，包括双极型晶体管和MOS的结合－MOS晶闸管，还有MOSGTO, 双极型MOS IGT等。从这个意义上来说，电力电子器件已进入集成复合化的时代。

第二篇：电力电子器件的发展概况（最终版）

现代的电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）至关重要，从而已迅速发展成为一门独立学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门，毫无疑问，它将成为本世纪乃至下世纪重要关键技术之一。近几年西方发达的国家，尽管总体经济的增长速度较慢，电力电子技术仍一直保持着每年百分之十几的高速增长。

从历史上看，每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。以功率器件为核心的现代电力电子装置，在整台装置中通常不超过总价值的20%～30%，但是，它对提高装置的各项技术指标和技术性能，却起着十分重要的作用。

众所周知，一个理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性：在截止状态时能承受高电压；在导通状态时，具有大电流和很低的压降；在开关转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和dv/dt，以及具有全控功能。

自从50年代，硅晶闸管问世以后，20多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标做出了不懈的努力，并已取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1kHz以上。70年代中期，高功率晶体管和功率 MOSFET问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT)问世，它综合了功率 MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。它的迅速发展，又激励了人们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件-MOSFET门控晶闸管的研究。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的性能改进、MOS门控晶闸管以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。下面就近几年来上述功率器件的最新发展加以综述。

一、功率晶闸管的最新发展

1．超大功率晶闸管

晶闸管（SCR）自问世以来，其功率容量提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产mm、8kV / 4kA的晶闸管。日本现在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC、静止无功补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。

现在，许多生产商可提供额定开关功率36MVA(6kV/ 6kA)用的高压大电流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3～5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必须限制在500～1kV/μs。为此，人们不得不使用体积大、昂贵的吸收电路。另外它的门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些突出的优点仍使人们对GTO感到兴趣。到目前为止，在高压（VBR > 3.3kV)、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了满足电力系统对1GVA以上的三相逆变功率电压源的需要，近期很有可能开发出10kA/12kV的GTO，并有可能解决30多个高压GTO串联的技术，可望使电力电子技术在电力系统中的应用方面再上一个台阶。

2．脉冲功率闭合开关晶闸管

该器件特别适用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的持续时间（数ns）的放电闭合开关应用场合，如：激光器、高强度照明、放电点火、电磁发射器和雷达调制器等。该器件能在数kV的高压下快速开通，不需要放电电极，具有很长的使用寿命，体积小、价格比较低，可望取代目前尚在应用的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开关或真空开关等。

该器件独特的结构和工艺特点是：门-阴极周界很长并形成高度交织的结构，门极面积占芯片总面积的90%，而阴极面积仅占10%；基区空穴-电子寿命很长，门-阴极之间的水平距离小于一个扩散长度。上述两个结构特点确保了该器件在开通瞬间，阴极面积能得到100%的应用。此外，该器件的阴极电极采用较厚的金属层，可承受瞬时峰值电流。

3.新型GTO器件-集成门极换流晶闸管

当前已有两种常规GTO的替代品:高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件，与常规GTO晶闸管相比，它具有许多优良的特性，例如，不用缓冲电路能实现可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统（包括所有器件和外围部件如阳极电抗器和缓冲电容器等）总的功率损耗低等。

在上述这些特性中，优良的开通和关断能力是特别重要的方面，因为在实际应用中，GTO的应用条件主要是受到这些开关特性的局限。众所周知，GTO的关断能力与其门极驱动电路的性能关系极大，当门极关断电流的上升率（diGQ/dt）较高时，GTO晶闸管则具有较高的关断能力。一个4.5kV/4kA的IGCT与一个4.5kV/4kA的GTO的硅片尺寸类似，可是它能在高于6kA的情况下不用缓冲电路加以关断，它的diGQ/dt高达6kA/μs。对于开通特性，门极开通电流上升率（diG/dt）也非常重要，可以借助于低的门极驱动电路的电感比较容易实现。IGCT之所以具有上述这些优良特性，是因为在器件结构上对GTO采取了一系列改进措施。图1是IGCT管饼和芯片的外形照片，芯片的基本图形和结构与常规GTO类似，但是它除了采用了阳极短路型的逆导GTO结构以外，主要是采用了特殊的环状门极，其引出端安排在器件的周边，特别是它的门、阴极之间的距离要比常规GTO的小得多，所以在门极加以负偏压实现关断时，门、阴极间可立即形成耗尽层，如图2所示。这时，从阳极注入基区的主电流，则在关断瞬间全部流入门极，关断增益为1，从而使器件迅速关断。不言而喻，关断IGCT时需要提供与主电流相等的瞬时关断电流，这就要求包括IGCT门阴极在内的门极驱动回路必须具有十分小的引线电感。实际上，它的门极和阴极之间的电感仅为常规GTO的1/10。

IGCT的另一个特点是有一个极低的引线电感与管饼集成在一起的门极驱动器。IGCT用多层薄板状的衬板与主门极驱动电路相接。门极驱电路则由衬板及许多并联的功率MOS管和放电电容器组成。包括IGCT及其门极驱动电路在内的总引线电感量可以减小到GTO的1/100，表1是IGCT的电特性参数。

目前，4.5kV(1.9kV/2.7kV 直流链)及 5.5kV(3.3kV直流链)、275A

有效硅面积小、低损耗、快速开关这些优点保证了IGCT能可靠、高效率地用于300 kVA～10MVA变流器，而不需要串联或并联。在串联时，逆变器功率可扩展到100MVA。虽然高功率的IGBT模块具有一些优良的特性，如能实现di/dt和dv/dt 的有源控制、有源箝位、易于

实现短路电流保护和有源保护等。但因存在着导通高损耗、硅有效面积低利用率、损坏后造成开路以及无长期可靠运行数据等缺点，限制了高功率IGBT模块在高功率低频变流器中的实际应用。因此在大功率MCT未问世以前，IGCT可望成为高功率高电压低频变流器的优选功率器件之一。

二、IGBT模块的最新发展

1．高功率沟槽栅结构IGBT(Trench IGBT)模块

当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞通常多采用沟槽栅结构IGBT。与平面栅结构相比，沟槽栅结构通常采用1μm加工精度，从而大大提高了元胞密度。由于门极沟的存在，消除了平面栅结构器件中存在的相邻元胞之间形成的结型场效应晶体管效应，同时引入了一定的电子注入效应，使得导通电阻下降。为增加长基区厚度、提高器件耐压创造了条件。所以近几年来出现的高耐压大电流IGBT器件均采用这种结构。

1996年日本三菱和日立公司分别研制成功3.3kV/1.2kA 巨大容量的IGBT模块。它们与常规的GTO相比，开关时间缩短了20%，栅极驱动功率仅为GTO的1/1000。1997年富士电机研制成功1kA/2.5kV平板型IGBT，由于集电、发射结采用了与GTO类似的平板压接结构，采用更高效的芯片两端散热方式。特别有意义的是，避免了大电流IGBT模块内部大量的电极引出线，提高了可靠性和减小了引线电感，缺点是芯片面积利用率下降。所以这种平板压接结构的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器件。

2．新型大功率IGBT模块-电子注入增强栅晶体管IEGT(Injection Enhanced Gate Trangistor)

近年来，日本东芝公司开发了IEGT，与IGBT一样，它也分平面栅和沟槽栅两种结构，前者的产品即将问世，后者尚在研制中。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些优点：低的饱和压降，宽的安全工作区（吸收回路容量仅为GTO的1/10左右），低的栅极驱动功率（比GTO低2个数量级）和较高的工作频率。加之该器件采用了平板压接式电极引出结构，可望有较高的可靠性。

IEGT之所以有前述这些优良的特性，是由于它利用了“电子注入增强效应"。为了简要说明这一效应，将IGBT及IEGT单胞示意图示于图4。与IGBT相比，IEGT结构的主要特点是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，因此从集电极注入N长基区的空穴，不像在IGBT中那样，顺利地横向通过P区流入发射极，而是在该区域形成一层空穴积累层。为了保持该区域的电中性，发射极必须通过N沟道向N长基区注入大量的电子。这样就使N长基区发射极侧也形成了高浓度载流子积累，在N长基区中形成与GTO中类似的载流子分布，从而较好地解决了大电流、高耐压的矛盾。目前该器件已达到4.5kV /1kA的水平。

三、MOS门控晶闸管

MOS门极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性，可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压，成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。MOS门控晶闸管主要有三种结构：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。其中EST可能是 MOS门控晶闸管中最有希望的一种结构。但是，这

种器件要真正成为商业化的实用器件，达到取代GTO的水平，还需要相当长的一段时间。

四、采用新型半导体材料制造的新型功率器件

至今，硅材料功率器件已发展得相当成熟。为了进一步实现人们对理想功率器件特性的追求，越来越多的功率器件研究工作转向了对用新型半导体材料制作新型半导体功率器件的探求。研究表明，砷化镓FET和肖特基整流器可以获得十分优越的技术性能。Collins et al公司 用GaAs VFETs 制成了10MHz PWM 变换器，其功率密度高达500W/in3。高压（600V）砷化镓高频整流二极管近年来也有所突破，SiC材料和功率器件的研究工作十分活跃。

1．高压砷化镓高频整流二极管

随着变换器开关频率的不断提高，对快恢复二极管的要求也随之提高。众所周知，砷化镓二极管具有比硅二极管优越的高频开关特性，但是由于工艺技术等方面的原因，砷化镓二极管的耐压较低，实际应用受到局限。为适应高压、高速、高效率和低EMI应用需要，高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola 公司研制成功。与硅快恢复二极管相比，这种新型二极管的显著特点是：反向漏电流随温度变化小、开关损耗低、反向恢复特性好。两者比较结果示于表3。

●碳化硅与碳化硅(SiC)功率器件

在用新型半导体材料制成的功率器件中，最有希望的是碳化硅(SiC)功率器件。它的性能指标比砷化镓器件还要高一个数量级，碳化硅与其他半导体材料相比，具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速度，高的击穿强度，低的介电常数和高的热导率。上述这些优异的物理特性，决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的半导体材料。在同样的耐压和电流条件下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍，即使高耐压的 SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多。而且，SiC器件的开关时间可达10nS量级，并具有十分优越的 FBSOA。

SiC可以用来制造射频和微波功率器件，各种高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已在Motorola公司研发成功，并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件(包括用于喷气式引擎的传感器)。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下工作的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件，用于工业和电力系统。

理论分析表明，SiC功率器件非常接近于理想的功率器件。可以预见，各种SiC器件的研究与开发，必将成为功率器件研究领域的主要潮流之一。但是，SiC材料和功率器件的机理、理论、制造工艺均有大量问题需要解决，它们要真正给电力电子技术领域带来又一次革命，估计至少还需要十几年的时间。

五、结论

经过人们的不懈努力，虽然硅双极型及场控型功率器件的研究已趋成熟，但是它们的性能仍在不断得到提高和改善，近年来出现的IGCT和IEGT可望比MCT更早地取代GTO。采用GaAs，碳化硅等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是下个世纪电力电子器件发展的主要趋势。

第三篇：4.1 典型全控型电力电子器件

教

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续

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典型全控型电力电子器件

教学目的和要求:掌握门极可关断晶闸管的工作原理及特性、电力晶体管的工作 原理，了解电力场控晶体管的特性与参数及安全工作区。掌握电力场控晶体管的 工作原理。掌握绝缘栅双极型晶体管的工作原理、参数特点。了解静电感应晶体 管静电感应晶闸管的工作原理。

重点与难点:掌握电力晶体管、电力场控晶体管、绝缘栅双极型晶体管的工作原 理、参数特点。教学方法: 借助PPT演示、板书等多种形式启发式教学

预复习任务:复习上节课学的半控型器件晶闸管的相关知识,对比理解掌握本节课程。内容导入: 门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。

全控型电力电子器件的典型代表：门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。

一、门极可关断晶闸管

晶闸管的一种派生器件。可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大 功率场合仍有较多的应用。1.GTO的结构和工作原理

与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门 极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。

工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图所示的双晶体管模型来分析。

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由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益1 和2。1+2=1是器件临界导通的条件。

GTO的关断过程与普通晶闸管不同。关断时，给门极加负脉冲，产生门极电流-IG，此电流使得V1管的集电极电流ICl被分流，V2管的基极电流IB2减小，从 而使IC2和IK减小，IC2的减小进一步引起IA和IC1减小，又进一步使V2的基 极电流减小，形成内部强烈的正反馈，最终导致GTO阳极电流减小到维持电流以 下,GTO由通态转入断态。

结论：

 GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。 GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强。2.GTO的动态特性

开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 3.GTO的主要参数

（a）开通时间ton（b）关断时间toff（c）最大可关断阳极电流IATO（d）电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。

off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断

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时门极负脉冲电流峰值要200A。

二、电力晶体管 1.GTR的结构和工作原理

GTR的结构和图形符号 GTR的开通和关断过程电流波形 与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。采用 集成电路工艺将许多这种单元并联而成。

在应用中，GTR一般采用共发射极接法。

集电极电流ic与基极电流ib之比为  ——GTR的电流放大系数，反映了基极电流 对集电极电流的控制能力。

当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为 ic= ib +Iceo 单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有 效增大电流增益。2.GTR的基本特性(1)静态特性

共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。在电力电子电路中GTR工作在开关状态。

在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。

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(2)动态特性

、共发射极接法时GTR的输出特性 3.GTR的主要参数

（a）电流放大倍数β集电极电流与基极电流之比

（b）集电极最大允许电流ICM 通常规定为β下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic。

（c）集电极最大耗散功率PCM 在最高集电结温度下允许的耗散功率,等于集电极工作电压与集电极工作 电流的乘积。4.反向击穿电压

• • 集电极与基极之间的反向击穿电压 集电极与发射极之间的反向击穿电压

击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。5.GTR的二次击穿现象与安全工作区

一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大。只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。

二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。常常立即 导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。

安全工作区：最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二

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次击穿临界线限定。

正向偏置安全工作区

反向偏置安全工作区

三、功率场效应晶体管

特点：用栅极电压来控制漏极电流。驱动电路简单，需要的驱动功率小。开 关速度快，工作频率高。热稳定性优于GTR。电流容量小，耐压低，只适用于小 功率的电力电子装置。

1.功率场效应晶体管结构和电气符号

电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。如果 在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压

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UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。UGS超过UT越大，导电能力越 强，漏极电流越大。

2.功率场效应管的转移和输出特性

3.功率场效应管的驱动

功率MOSFET对栅极驱动电路的要求主要有：

1）触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前后沿要求陡峭。2）开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路，教

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以提高功率MOSFET的开关速度。

3）为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压； 为了防止误导通，在其截止时应提供负的栅源电压。

4）功率MOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电电流。功率MOSFET的极间电容越大，在开关驱动中所需的驱动电流也越大。4.功率MOSFET在使用中的静电保护措施 防止静电击穿应注意：

1）器件应存放在抗静电包装袋、导电材料袋或金属容器中，不能存放在塑料袋中。2）取用功率MOSFET时，工作人员必须通过腕带良好接地，且应拿在管壳部分 而不是引线部分。

3）接入电路时，工作台应接地，焊接的烙铁也必须良好接地或断电焊接。4）测试器件时，测量仪器和工作台都要良好接地。器件三个电极没有全部接入测 试仪器前，不得施加电压。改换测试范围时，电压和电流要先恢复到零。

四、绝缘栅双极晶体管

GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。

MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性 好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。1.IGBT的结构和工作原理

驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。

导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基 极电流，IGBT导通。通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。

关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基 极电流被切断，IGBT关断。2.IGBT的基本特性

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(1)IGBT的静态特性(2)IGBT的动态特性 3.IGBT的主要参数

(1)最大集射极间电压UCES(2)最大集电极电流(3)最大集电极功耗PCM IGBT的特性和参数特点可以总结如下：开关速度高，开关损耗小。相同电压 和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力。通态压降比 DMOSFET低。输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。与MOSFET和GTR相比，耐 压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。

五、其他新型电力电子器件 1.MOS控制晶闸管MCT 承受极高di/dt和du/dt，快速的开关过程，开关损耗小。

高电压，大电流、高载流密度，低导通压降。

一个MCT器件由数以万计的MCT元组成。每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。

其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未 能投入实际应用。2.静电感应晶体管SIT  多子导电的器件，工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，功率容量更大，因而适用于高频大功率场合。

 在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得应用。

缺点：栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导通型器件，使用不太方便。通态电阻较大，通态损耗也大，因而还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。

静电感应晶闸管SITHSITH是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能 8

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力强。其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。SITH一般也是正常导通型，但也有正常关断型。此外，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。3.集成门极换流晶闸管IGCT 4 功率模块与功率集成电路

20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多个器件封装在一个模块中，称为功率模块。将器件与逻辑、控制、保护、传感、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上，称为功率集成电路.发展现状：

功率集成电路的主要技术难点：高低压电路之间的绝缘问题以及温升和散热的处理。

以前功率集成电路的开发和研究主要在中小功率应用场合。

智能功率模块在一定程度上回避了上述两个难点,最近几年获得了迅速发展。

第四篇：电子器件失效分析--学习心得

《电子器件失效分析及可靠应用》-----学习心得

通过8月5日、6日两天的学习培训，结合我司的实际情况，总结以下几点学习体会。

一、电子器件失效的理念。

失效分析并不等同于维修，一般大公司的失效分析部包括物料的认证、生产问题的解决、硬件管理和设计评审，所以产品的失效包含很广的领域，并不是单纯的维修不良品。

二、失效分析的意义

失效分析是打开可靠性工程大门的钥匙。失效分析可以解决生产即时存在的问题，也为后续产品可靠性打下良好的基础，创造明显的价值。

三、电子器件失效的分类和控制

1、ESD控制

ESD失效的四个特征

隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV。

潜在性：损伤后性能没有明显的下降，往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。

随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程。复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因

结合我司的生产，首先应保证生产仪器的良好接地，工作台面的接地，特别是烙铁和测试仪器的接地，再就是防止人体放电，正确配戴静电手环。

举例：LED不允许插在泡沫上，因泡沫上的静电可达1000V以上，而LED要求静电等级红光、绿光大概在500-1000V,蓝光大概为100-300V.根据这一实例，对于我司的IC供应商，我们可以要求其出具IC规格书中的一个静电等级，以便于有效判断IC失效是否为静电损伤的可能性。最后，最好能在生产线配一个静电测试仪。

2、MSD的控制

器件的潮湿敏感等级分为1-6级，当大于3级(即只允许暴露168H)时，必须要经过烘烤后使用;当大于5级或5A级（即只允许暴露24-48H）以上时，建议不使用,否则就会出现“爆米花”效应（即当电子零件吸入湿汽时，由于外表温度的急剧升高，就会导致元件的外封装出现裂纹）。

结合我司，以后在电子来料检验时，注意供应商来料的暴露期限等级。在零件加工及成品生产的全过程注意防潮，注意关窗，成品任何时候不允许直接放在地面上，必须加隔板，避免靠墙堆放。

3、DFM，即可生产性设计

根据新产品的特点，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，可生产性等进行审核。提出改进建议，并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题，提前消除可生产性设计缺陷对产品造成的影响。

举例：0805以下的表贴器件，在过波峰时会出现器件的“立碑”现象，即表贴件在焊盘上立起来。造成这种现象的主要原因就是设计时焊盘没有做隔热焊盘，当焊0805以下的表贴器件时，因其重量太轻（小于1克），而此时焊盘两端的热不对称时，一端先熔化，就会出现刚刚所说的“立碑”现象。另外，表贴元器件焊盘和插件焊盘距离不得太近，最好距离5mm以上，有利于制具的制作。

分享者：hensanxu 2011-8-22

第五篇：优先主题13新型电子器件

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2017年省重点研究与开发计划面上攻关

重点领域方向和优先发展主题

一、智能制造与装备

优先主题1：基础材料与基础零部件

围绕提升核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础等能力，开展高性能轴承、自动变速箱、高精度智能传感器、高端液压元件等核心基础零部件攻关及工程化、产业化应用，研发轻量化材料先进成形制造、超精密加工、高效及复合加工等先进工艺，开发控制软件、工艺数据库、绿色制造、再制造等基础技术及应用。

优先主题2：网络协同制造

建立合作伙伴与用户广泛参与、支撑众包众智众创的研发设计系统；建成具有泛在感知、高度自治、人机协同、实时诊断、远程监控、应急恢复等智能车间和智能工厂；研发基于大数据、云模式的供应链智能管控与预测系统；基于云平台构建服务价值链协同体系，支撑产品全生命周期制造服务。

优先主题3：增材制造(3D打印)开展机械设计制造、数控、激光、新材料等多学科的增材制造共性技术研究，研发基于激光技术的金属3D打印机，并在复杂高精度模具、航空航天、汽车、军工等领域特殊功能部（零）件增材制造应用。开展医疗植入物3D打印、基于生物活性材料的人体器官3D打印技术研发和应用。

优先主题4： 节能和智能网联汽车

支持传统燃油汽车节能技术的研发与应用，开展高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术攻关及工程化应用研究。面向智能网联汽车，以智能化、绿色化、安全化、便利化为发展方向，开展智能辅助驾驶总体技术及关键技术研究。

优先主题5：专用动力装备

开展微小型燃气轮机研制，应用于特种车辆、舰船、能源供应装备（节能、清洁）等领域；开展高效燃油发动机技术研究，突破节能减排、轻量化等关键技术。

优先主题6：海洋工程装备与高技术船舶

开展海洋工程作业装备配套、关键零部件配套等技术攻关。开展远洋散货船、快速集装箱船、成品油船及化学品船、游船（艇）、滚装船等高技术船舶研发，以及船用主、辅机与大型船用关键零部件研制。

优先主题7：新型工程机械

围绕新型工程机械的高效、智能、安全、节能及人性化等关键环节，研究系统控制、综合测试和先进工艺，重点突破数字化设计与制造、节能环保、智能控制、安全可靠等关键共性技术，提升工程机械核心零部件水平，开发集机、电、液于一体的智能控制系统。

优先主题8：智能成套装备

针对家电、汽车、轻工、新能源等行业，开发先进的自动化成套装备与生产线，开展高性能模具、传感器系统、总线控制系统等关键技术研究，集成工业机器人技术、现场总线控制技术、移动互联网技术、云计算和大数据，实现成套装备及生产线的自动化、数字化、网络化和智能化控制。开展智能物流仓储装备关键技术研发。开展电力装备、矿山、化工、建材等大型成套设备关键技术研发。

优先主题9：传统装备的智能化改造

围绕推动传统产业向中高端转型、提升产品质量，组织开展传统产业装备智能化升级技术研发，加快新技术、新工艺应用，实现钢铁、有色、化工、煤炭、轻工、纺织、食品等行业装备的智能化改造，提高精准制造和敏捷制造能力。开发改造压力容器与管道安全服务系统，实现安全智能监控和预警。

二、电子信息

优先主题10：信息系统软件

开展嵌入式软件技术、面向行业的产品数据分析、管理、辅助设计和制造软件、电子商务、电子政务支撑与协同应用软件研发；开展基于内容的图形图像智能识别、检索、处理技术，人机交互技术，3D图像处理技术，基于移动互联网的信息采集处理技术研发；

4开展高品质特种钢、新型高强韧钢、高端装备用钢、铁剂复合材料制备技术开发，高精度电子铜带/铜箔、低松比铜粉、新型引线框架精密带材等关键铜合金材料研发，高精铝板带、复合铝基材料、特种合金材料制备技术开发。开展特种金属功能材料共性关键技术与应用。

优先主题19：新型无机非金属材料

开展光伏、平面显示硅基新材料、超大尺寸硅材料、功能化特种玻璃、特种光纤高性能陶瓷粉体、大功率LED及IGBT用高导热陶瓷与器件、磁传感材料与器件等关键技术研发。

优先主题20：纳米材料及其他新材料

开展石墨烯、高端功能纳米材料、高效纳米催化材料、高密度存储材料、稀土功能材料、新能源材料、新型复合材料、高性能结构材料、环保新材料、功能膜、高性能化纤、核电工程材料等关键核心技术研发。

五、节能环保与新能源技术 优先主题21：节能技术与装备

开展余热余压利用设备、高效节能锅炉、洁净煤高效转化装备、垃圾焚烧发电设备、高效节能变压器、节能电机、智能电网、节能建材、半导体照明等节能技术产品开发和应用，推进节能技术与装备产业化。

优先主题22：环保技术与装备

开展水污染处理技术装备、生活垃圾生化处理设备、垃圾渗滤液处理设备、污泥高效深度脱水及资源化应用成套设备、重金属污染治理与污染土壤修复成套装备，烟气除尘、脱硫和脱硝高效处理及协同处置装备，有毒有害废气及有机废气高效净化技术装备，“三废”在线监测、检测技术装备等环保装备和产品的开发。

优先主题23：太阳能光伏技术与装备

开展光伏并网发电关键技术与装备研究，开发高效能太阳能光伏逆变器、储能变流器、太阳能电池板、光伏组件用功率优化器等光伏设备，突破光伏电站群控、风光柴蓄多能源互补、智能微网、大规模储能等关键技术。

六、资源环境

优先主题24：矿产资源绿色高效开发利用

以铁、铜、金多金属共生资源为重点，开发品位低、埋藏深的绿色高效采选冶关键技术与装备，开展金属及重要非金属的典型矿床、资源勘查技术研究；重点突破煤炭绿色开采工艺和煤炭清洁高效利用技术，探索开展煤层气、页岩气、地热等新型能源资源的勘查及开采关键技术研究。

优先主题25：水污染防治

研发巢湖、淮河流域重点行业工业废水减排与深度处理成套技术，工业园区废水分质回收、处理、利用集成技术，分散式生活污水高标准低成本处理技术，城市污水处理厂“提标改造”和“提效

8范化标准种植、中药材生态种植技术研究；选择新安名医名方、名老中医验方开发新品种、新剂型；针对重大疾病开展具有中医药优势的中药复方、中药组分或单体新药的研发；加快中药传统制剂、特色方剂的二次开发利用，创新中药材炮制技术；加强中药材综合利用研究。

优先主题33：新药研究

开展药物分子设计与优化技术、分子标志物发现与靶向药物技术研究；开展新型抗体、新型疫苗、肿瘤精准治疗、抗病毒药物及手性药物等关键技术研究；开展抗癌抗肿瘤类、抗感染、心血管类、老年病用药、儿童用药、干细胞等拥有自主知识产权的创新药物研制。

优先主题34：高端医疗器械

开展新型成像前沿技术、质控和检验标准化技术、多模态分子成像系统、新型断层成像系统、新一代超声成像系统、大型放射治疗装备、医用有源植入式装置的研发；开展细胞成像、流式细胞仪等生命科学仪器及体外诊断试剂的研发；开展新型医用光学设备的研发；开展系统康复设备研发；开展生物医用材料、新型高值医用耗材研发。

九、城市发展

优先主题35：绿色建筑推广及建筑产业现代化

开展建筑能效提升技术研究与示范，浅层地热能、太阳能等可再生能源建筑关键技术研究与示范，围护结构保温隔热材料、高性能混凝土等绿色建材技术应用及评价研究，预制装配式混凝土结构关键技术研究与示范，钢结构关键技术研究与示范，建筑信息模型技术应用研究与示范、绿色建筑技术集成应用研究与示范、建筑能耗监管体系研究与示范；推动物联网、云计算、大数据等新一代信息技术与城市规划建设管理深度融合。

优先主题36：体育、旅游产业及公共服务信息化

开展数字旅游、智慧旅游等现代服务业技术创新研究与应用；开展旅游资源可持续利用的综合技术应用示范；开展我省优势和潜优势竞技体育项目的综合测试与科学训练系统研发；开展体育产品的文化创意与研发、智能化健身服务系统的开发与应用；开展云计算环境下智慧社区的资源共享关键技术研究与示范。

十、公共安全

优先主题37：社会安全与应急技术及装备

开展社会安全基础信息综合应用技术、立体化社会治安防控关键技术、社会安全事件决策与指挥调度技术等社会安全预测预警和查控处置技术研究；开展多模态城市安全监测预警关键技术、智能视觉监控技术、语音识别技术等城市安全技术研究，开展智能交通系统管控集成与优化、无人机应用、交通拥堵、事故、灾害的防控、检测和处置等交通安全技术研究，开展重特大灾害事故的现场处置、抢险救援、综合指挥、战勤补给等应急指挥技术研究，建立卫星通

112种质特性和育种及高效繁育技术研究，新品种（配套系）培育等种质创新。开展优异水产种质资源发掘及品种选育、水产新品种引进与繁育。开展农林作物和畜禽水产育种信息技术与平台、育种公共服务平台建设。

优先主题44:粮食作物丰产优质增效

研究粮食作物高产优质协同机理、形态生理关键指标及精确调控途径，粮食作物丰产增效协同的资源优化配置机理与高效种植模式。开展粮食作物优质高产宜机收品种筛选及其配套栽培技术、粮食作物生长监测诊断与精确栽培技术研究。研究主要气象灾变过程及其减灾保产调控、主要病虫草害发生及其绿色防控、土壤培肥与丰产增效耕作技术。开展农机农艺农信融合的粮食作物生产技术系统研发与示范，全程机械化轻简栽培技术模式创新与示范，粮食作物生产物联网精准决策服务新技术研究。

优先主题45:特色农林作物提质增效

开展果树（水果、坚果）、蔬菜、西甜瓜、茶叶、油茶、蚕桑、花卉、中药材、珍稀树种、能源林及其它经济作物等种质资源鉴定评价，种苗集约化生产技术，化肥农药减施增效关键技术研究。开展机械化、轻简化、信息化生态安全种植技术模式研究与示范。开展具有区域特色的优质专用作物丰产保优增效技术集成与示范。研发特色农林作物的采收与初加工工艺及装备。

优先主题46:主要畜禽水产健康养殖

开展重大动物疾病、免疫抑制病和新发疫病等重要疫病诊断与检测新技术及防控关键技术研究；研究畜禽营养代谢与中毒性疾病防控、重要病原耐药性检测与控制技术。开展畜禽废弃物无害化处理与资源化利用新技术及产品研发。开展无抗生素、无臭、零排放等生态养殖技术集成与示范。研究重要水生动物疫病诊断与综合防控技术，开展高效、生态、减排、标准化健康养殖技术研究和大水面生态友好型渔业利用等技术研究与示范。

优先主题47：农林废弃物资源化与高效利用

开展粮食深加工废弃物高效饲料化利用研究，秸秆、果蔬加工等农林废弃物高效利用技术研究。开展畜禽粪肥中抗生素、重金属等污染物高效去除与钝化技术研究，清洁环保型畜禽粪肥开发与高效利用。开展作物秸秆与畜禽粪肥养分资源高效与清洁化利用技术模式集成示范。

十三：农产品加工和安全

优先主题48：农产品食品加工技术

开展大宗农产品加工重大共性关键技术和大宗油料高效、绿色精制技术研究，研究畜禽水产品精深加工与物流配送关键技术。开展蔬菜、干鲜水果精深加工和茶叶清洁化、标准化加工及林特产品加工提质增效技术研究。开展大宗农产品烘干贮藏保鲜共性关键技术及农产品产后减损技术创新。

优先主题49：农产品质量安全

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