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(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與IC技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個(gè)方面，其中電力電子器件是電力電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代電力電子技術(shù)無論對改造傳統(tǒng)工業(yè)（電力、機(jī)械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)（航天、激光、通信、機(jī)器人等）都至關(guān)重要，并已發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門。
“一代器件決定一代電力電子技術(shù)。”每一代新型電力電子器件的出現(xiàn)，總是帶來一場電力電子技術(shù)的革命。從1958年美國通用電氣（GE）公司研制出世界上第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管開始，電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組和靜止的離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代，這標(biāo)志著電力電子技術(shù)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(dǎo)體復(fù)合器件,標(biāo)志著傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。以功率器件為核心的現(xiàn)代電力電子裝置，在整臺(tái)裝置中通常不超過總價(jià)值的20%～30%，但是，它對提高裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)性能，卻起著十分重要的作用。
電力電子器件又稱作開關(guān)器件，相當(dāng)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(gòu)造特點(diǎn)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(biāo)志著電力電子技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用范圍，并且由于其固有的特性，比如關(guān)斷這些器件必須要有強(qiáng)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(dāng)批量出口。
2.全控型器件
伴隨著關(guān)鍵技術(shù)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(guān)斷，從而大大提高了開關(guān)控制的靈活性。從70年代后期開始，可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR或BJT)及其模塊相繼實(shí)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(yīng)晶體管(SIT)、靜電感應(yīng)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(gè)新型的全控電力電子器件的大家族。
3.復(fù)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(diǎn)。近年來，又出現(xiàn)了兼有幾種器件優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合器件。如：絕緣門極雙極晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它實(shí)際上是MOSFET驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩者的優(yōu)點(diǎn)。它容量較大，開關(guān)速度快，易驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(jìn)而導(dǎo)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(dòng)電路以及具有過壓過流保護(hù)、電流，甚至溫度自動(dòng)控制等作用的電路都集成在一起，形成一個(gè)整體。
“一代器件決定一代電力電子技術(shù)。”每一代新型電力電子器件的出現(xiàn)，總是帶來一場電力電子技術(shù)的革命。從1958年美國通用電氣（GE）公司研制出世界上第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管開始，電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組和靜止的離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代，這標(biāo)志著電力電子技術(shù)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(dǎo)體復(fù)合器件,標(biāo)志著傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。以功率器件為核心的現(xiàn)代電力電子裝置，在整臺(tái)裝置中通常不超過總價(jià)值的20%～30%，但是，它對提高裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)性能，卻起著十分重要的作用。
電力電子器件又稱作開關(guān)器件，相當(dāng)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(gòu)造特點(diǎn)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(biāo)志著電力電子技術(shù)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(dǎo)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(yīng)用范圍，并且由于其固有的特性，比如關(guān)斷這些器件必須要有強(qiáng)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(dāng)批量出口。
2.全控型器件
伴隨著關(guān)鍵技術(shù)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(guān)斷，從而大大提高了開關(guān)控制的靈活性。從70年代后期開始，可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR或BJT)及其模塊相繼實(shí)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(yīng)晶體管(SIT)、靜電感應(yīng)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(gè)新型的全控電力電子器件的大家族。
3.復(fù)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(diǎn)。近年來，又出現(xiàn)了兼有幾種器件優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合器件。如：絕緣門極雙極晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它實(shí)際上是MOSFET驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩者的優(yōu)點(diǎn)。它容量較大，開關(guān)速度快，易驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(jìn)而導(dǎo)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(dòng)電路以及具有過壓過流保護(hù)、電流，甚至溫度自動(dòng)控制等作用的電路都集成在一起，形成一個(gè)整體。
聲明：本信息內(nèi)容的真實(shí)性未經(jīng)電源在線網(wǎng)證實(shí)，僅供參考。
