電力電子器件的發(fā)展歷程
2006/5/22 15:05:02 電源在線網(wǎng)
電力電子技術包括功率半導體器件與IC技術、功率變換技術及控制技術等幾個方面，其中電力電子器件是電力電子技術的重要基礎。現(xiàn)代電力電子技術無論對改造傳統(tǒng)工業(yè)（電力、機械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對高新技術產(chǎn)業(yè)（航天、激光、通信、機器人等）都至關重要，并已發(fā)展成為一門獨立學科領域，其應用領域幾乎涉及到國民經(jīng)濟的各個工業(yè)部門。
“一代器件決定一代電力電子技術�！泵恳淮滦碗娏﹄娮悠骷某霈F(xiàn)，總是帶來一場電力電子技術的革命。從1958年美國通用電氣（GE）公司研制出世界上第一個工業(yè)用普通晶閘管開始，電能的變換和控制從旋轉的變流機組和靜止的離子變流器進入由電力電子器件構成的變流器時代，這標志著電力電子技術的誕生。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,標志著傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。以功率器件為核心的現(xiàn)代電力電子裝置，在整臺裝置中通常不超過總價值的20%～30%，但是，它對提高裝置的各項技術指標和技術性能，卻起著十分重要的作用。
電力電子器件又稱作開關器件，相當于信號電路中的A/D采樣，稱之為功率采樣，器件的工作過程就是能量過渡過程，其可靠性決定了裝置和系統(tǒng)的可靠性。
根據(jù)可控程度以及構造特點等因素可以把電力電子器件分成四類：
1.半控型器件
自從50年代，由美國通用電氣公司發(fā)明的硅晶閘管的問世，標志著電力電子技術的開端。此后，晶閘管(SCR)的派生器件越來越多，到了70年代，已經(jīng)派生了快速晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等半控型器件，電力電子器件的功率也越來越大，性能日益完善。但是由于晶閘管的固有特性，工作頻率較低（一般低于400Hz），大大限制了它的應用范圍，并且由于其固有的特性，比如關斷這些器件必須要有強迫換相電路，使得整體體積增大、重量增加、效率降低、可靠性下降。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的電力電子器件仍以晶閘管為主，其中的一些中低檔產(chǎn)品業(yè)已成熟，并有相當批量出口。
2.全控型器件
伴隨著關鍵技術的突破以及需求的增加，早期的小功率、半控型、低頻器件發(fā)展為現(xiàn)在的超大功率、高頻全控器件。由于全控型器件可以控制開通和關斷，從而大大提高了開關控制的靈活性。從70年代后期開始，可關斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR或BJT)及其模塊相繼實用化。在此后，各種高頻率的全控型器件不斷問世，并得到迅速發(fā)展。這些器件主要有：電力場控晶體管(即功率MOSFET)、靜電感應晶體管(SIT)、靜電感應晶閘管(SITH)等，這些器件的產(chǎn)生和發(fā)展，已經(jīng)形成了一個新型的全控電力電子器件的大家族。
3.復合型器件
前兩代電力電子器件中各種器件都有其本身的特點。近年來，又出現(xiàn)了兼有幾種器件優(yōu)點的復合器件。如：絕緣門極雙極晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它實際上是MOSFET驅(qū)動雙極型晶體管，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩者的優(yōu)點。它容量較大，開關速度快，易驅(qū)動，成為一種理想的電力電子器件。
4.模塊化器件
隨著工藝水平的不斷提高，實現(xiàn)了將許多零散拼裝的器件組合在一起并且大規(guī)模生產(chǎn)，進而導致第四代電力電子器件的誕生。以功率集成電路PIC(Power Intergrated Circuit)為代表，其不僅把主電路的器件，而且把驅(qū)動電路以及具有過壓過流保護、電流，甚至溫度自動控制等作用的電路都集成在一起，形成一個整體。
“一代器件決定一代電力電子技術�！泵恳淮滦碗娏﹄娮悠骷某霈F(xiàn)，總是帶來一場電力電子技術的革命。從1958年美國通用電氣（GE）公司研制出世界上第一個工業(yè)用普通晶閘管開始，電能的變換和控制從旋轉的變流機組和靜止的離子變流器進入由電力電子器件構成的變流器時代，這標志著電力電子技術的誕生。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,標志著傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。以功率器件為核心的現(xiàn)代電力電子裝置，在整臺裝置中通常不超過總價值的20%～30%，但是，它對提高裝置的各項技術指標和技術性能，卻起著十分重要的作用。
電力電子器件又稱作開關器件，相當于信號電路中的A/D采樣，稱之為功率采樣，器件的工作過程就是能量過渡過程，其可靠性決定了裝置和系統(tǒng)的可靠性。
根據(jù)可控程度以及構造特點等因素可以把電力電子器件分成四類：
1.半控型器件
自從50年代，由美國通用電氣公司發(fā)明的硅晶閘管的問世，標志著電力電子技術的開端。此后，晶閘管(SCR)的派生器件越來越多，到了70年代，已經(jīng)派生了快速晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、不對稱晶閘管等半控型器件，電力電子器件的功率也越來越大，性能日益完善。但是由于晶閘管的固有特性，工作頻率較低（一般低于400Hz），大大限制了它的應用范圍，并且由于其固有的特性，比如關斷這些器件必須要有強迫換相電路，使得整體體積增大、重量增加、效率降低、可靠性下降。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的電力電子器件仍以晶閘管為主，其中的一些中低檔產(chǎn)品業(yè)已成熟，并有相當批量出口。
2.全控型器件
伴隨著關鍵技術的突破以及需求的增加，早期的小功率、半控型、低頻器件發(fā)展為現(xiàn)在的超大功率、高頻全控器件。由于全控型器件可以控制開通和關斷，從而大大提高了開關控制的靈活性。從70年代后期開始，可關斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR或BJT)及其模塊相繼實用化。在此后，各種高頻率的全控型器件不斷問世，并得到迅速發(fā)展。這些器件主要有：電力場控晶體管(即功率MOSFET)、靜電感應晶體管(SIT)、靜電感應晶閘管(SITH)等，這些器件的產(chǎn)生和發(fā)展，已經(jīng)形成了一個新型的全控電力電子器件的大家族。
3.復合型器件
前兩代電力電子器件中各種器件都有其本身的特點。近年來，又出現(xiàn)了兼有幾種器件優(yōu)點的復合器件。如：絕緣門極雙極晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它實際上是MOSFET驅(qū)動雙極型晶體管，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩者的優(yōu)點。它容量較大，開關速度快，易驅(qū)動，成為一種理想的電力電子器件。
4.模塊化器件
隨著工藝水平的不斷提高，實現(xiàn)了將許多零散拼裝的器件組合在一起并且大規(guī)模生產(chǎn)，進而導致第四代電力電子器件的誕生。以功率集成電路PIC(Power Intergrated Circuit)為代表，其不僅把主電路的器件，而且把驅(qū)動電路以及具有過壓過流保護、電流，甚至溫度自動控制等作用的電路都集成在一起，形成一個整體。
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