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1、浅谈现代电力电子器件的发展及前景 前言 电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的AD采样，称之为功率采样。在直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换和控制的电子器件称为电力电子器件。目前的电力电子器件主要指的是电力半导体器件。 1电力电子器件的一般特征 (1)处理电功率的能力大； (2)工作在开关状态； (3)需要由信息电子电路来控制： (4)需要安装散热器； 2电力电子器件的分类 21按器件被控程度分类 (1)不可控器件。这类器件一般为两端器件，一端是阳极，另一端是阴极j与电子电路中的二极管一样，具有单向导电性。这类器件就是功率二极管。 (2)半控型器件。这类器件是三端器件，除阳极和阴
2、极外，还增加了一个控制门极。这类半控型器件是指晶闸管及其大部分派生器件。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶阐管为主。 (3)全控型器件。这类器件也是带有控制端的三端器件，其控制端不仅可以控制其开通，还能控制其关断。目前常用的是功率MOSFET和IGBT。 22按控制信号的性质分类 (1)电流驱动型器件。驱动信号加在器件控制端和公共端之间，通过从控制端注入或抽出电流来实现器件的导通或者关断的控制，这类电力电子器件称为电流驱动型器件或称为电流控制型器件。 (2)电压驱动型器件。通过施加在控制端和公共端之间的电压信号来实现器件的导通或者关断的控制，这类电力电子器件称为电压驱动型器件或称为电压控制型器
3、件。 3电力电子器件的发展历程 第一阶段是以整流管、晶闸管为代表的发展阶段。这一阶段的电力电子器件在低频、大功率变流领域中的应用占有优势，取代了早先的汞弧整流器。代表者便是美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，功率二极管开始应用于电力领域。 第二阶段是20世纪70年代后期以GTO、GTR和功率MOSFET等全控型器件为代表的发展阶段。这一阶段的电力电子器件开关速度高于晶闸管，它们的应用使变流器的高频化得以实现。 第三阶段是20世纪80年代后期以IGBT复合型器件为代表的发展阶段。IGBT是功率MOSFET和GTR的复合。IGBT的优越性能使之成为电力电子器件应用技术的主导器件。 第四阶段是以PIC
4、、HVIC等功率集成电路为代表的发展阶段。高速、全控型、大电流、集成化和多功能的电力电子器件先后问世，开创了现代电力电子集成器件的新阶段。 4电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。电力电子模块化是其向高功率密度发展的重要一步。当前电力电子器件的主要发展成果如下： 41 IGBT：绝缘栅双极晶体管 IGBT(InsulatedGateBipolar-Transistor)是一种N沟道增强型场控(电压)复合器件。它属于少子器件类，兼有功率MOSFET和双极性器件的优点。目前研制出的高功率沟槽栅结构IGBT是高耐压大电流IGBT器件通常采用的结构，这种平板压
5、接结构模块将在高压、大功率变流器中获得广泛应用。 42 MCT：MOS控制晶闸管 MCT(MOS-Controlll ThyIistor)是一种新型MOS与双极复合型器件。它采用集成电路工艺，在普通晶闸管结构中制作大量MOS器件，通过MOS器件的通断来控制晶闸管的导通与关断。MCT被认为是很有发展前途的新型功率器件。 43 IGCT：集成门板换流晶闸管 IGCT(Intergrated Gate Commutated 11Iyristo哟是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。IGCT使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面都取得了巨大进展，给电力电子成套
6、装置带来了新的飞跃，有很好的应用前景。 44 IEGT：电子注入增强栅晶体管 IEGT(Injecdon Enhanced Gate Transistor)是耐压达4KV以上的IGBT系列电力电子器件，通过采取增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取每导了飞跃性的发展。另外，通过模块封装方式还可提供众多派生产品，在大、中容量变换器应用中被寄予厚望。 45 IPEM：集成电力电子模块 IPEM(Intergramd Power Elaetronies Modules)是将电力电子装置的诸多器件集成在一起的模块。IPEM实现了电力电子技术的智能化和模块化，大大降低了电路接线电感、系统
7、噪声和寄生振荡，提高了系统效率及可靠性。 46 PEBB：电力电子模块 PEBB(Power Electric Bllildillg Block)：是在IPEM的基础上发展起来的可处理电能集成的器件或模块。一个系统中PEBB的数量可以从一个到任何多个，多个PEBB模块一起工作可以完成电压转换、能量的储存和转换、阴抗匹配等系统级功能。PEBB最重要的特点就是其通用性。 47基于新型材料的电力电子器件 SiC(碳化硅)是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，可制作出性能更加优异的高温(300一500)、高频、高功率、高速度、抗辐射器件。SiC高功率、高压器件对于公电输运和电动汽车等设备的节能具有重要意义。SiC器件的研发将成为未来的个主要趋势。但在SiC材料和功率器件的机理、理论和制造工艺等方面，还有大量问题有待解决，SiC要真正引领电力电子技术领域的又一次革命，估计至!p还要十几年的时间。 5结论 电力电子器件正进入以新型器件为主的新时代，作为电力电子技术发展的决定性因素，电力电子器件的研发及关键技术突破，必然会促进电力电子技术的迅速发展，进而促进以电力电子技术为基础的传统工业和高新技术产业的迅速发展。电力电子技术将在本世纪为建设一个节能、环保、和谐的社会发挥重要作用。
