摘要：文章回顧電力電子技術(shù)的發(fā)展，闡述了電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，論述了電力電子技術(shù)的創(chuàng)新和器件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將對(duì)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域形成巨大的生產(chǎn)力，以此推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速高效可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢(shì)，技術(shù)創(chuàng)新，器件開(kāi)發(fā)，應(yīng)用推廣

1概述

自本世紀(jì)五十年代未第一只晶閘管問(wèn)世以來(lái)，電力電子技術(shù)開(kāi)始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái)，以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一次革命，使電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代，這標(biāo)志著電力電子的誕生。進(jìn)入70年代晶閘管開(kāi)始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，普通晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展，是電力電子技術(shù)的又一次飛躍，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件，開(kāi)始向大容易高頻率、響應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。而進(jìn)入90年代電力電子器件正朝著復(fù)臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、智能化、功率集成的方向發(fā)展，以此為基礎(chǔ)形成一條以電力電子技術(shù)理論研究，器件開(kāi)發(fā)研制，應(yīng)用滲透性，在國(guó)際上電力電子技術(shù)是競(jìng)爭(zhēng)最激烈的高新技術(shù)領(lǐng)域。

2電力電子器發(fā)展回顧

整流管是電力電子器件中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛的一種器件。目前已形成普通型，快恢復(fù)型和肖特基型三大系列產(chǎn)品，電力整流管對(duì)改善各種電力電子電路的性能，降低電路損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美國(guó)通用電氣GE公司研制出第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管開(kāi)始，其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工藝的改革為新器件開(kāi)發(fā)研制奠定了基礎(chǔ)，在以后的十年間開(kāi)發(fā)研制出雙向，逆變、逆導(dǎo)、非對(duì)稱晶閘管，至今晶閘管系列產(chǎn)品仍有較為廣泛的市場(chǎng)。

1964年在美國(guó)第一次試制成功了0.5kV/0.01kA的可關(guān)斷的GTO至今，目前以達(dá)到9kV/0.25kA/0.8kHz的可關(guān)斷的GTO至今，目前以達(dá)到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在當(dāng)前各種自關(guān)斷器件中GTO容量量最大，但其工作頻率最低，但其在大功率電力牽引驅(qū)動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此它在中壓、大客量領(lǐng)域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列產(chǎn)品，其額定值已達(dá)1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有組成的電路靈活成熟，開(kāi)關(guān)損耗小、開(kāi)關(guān)時(shí)間短等特點(diǎn)，在中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛，而作為高性能，大容量的第三代絕緣柵型雙極性晶體管IGBT，因其具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)損耗低及工作頻率高等特點(diǎn)，其有著廣闊的發(fā)展前景。而IGCT是最近發(fā)展起來(lái)的新型器件，它是在GTO基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的器件，稱為集成門極換流晶閘管，也有人稱之為發(fā)射極關(guān)斷晶閘管，它的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)20kHZ，關(guān)斷時(shí)間為1μs，dildt4kA/ms，du/dt10-20kV/ms，交流阻斷電壓6kV，直流阻斷電壓3.9kV，開(kāi)關(guān)時(shí)間<2ks，導(dǎo)通壓降3600A時(shí)，2.8V，開(kāi)關(guān)頻率>1000Hz。

3電力電子器件發(fā)展趨勢(shì)

進(jìn)入90年代電力電子器件的研究和開(kāi)發(fā)，已進(jìn)入高頻化，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，集成化和智能時(shí)代。從理論分析和實(shí)驗(yàn)證明電氣產(chǎn)品的體積與重量的縮小與供電頻率的平方根成反比，也就說(shuō)，當(dāng)我們將50Hz的標(biāo)準(zhǔn)二頻大幅的提高之后，使用這樣工頻的電氣設(shè)備的體積與重量就能大大縮小，使電氣設(shè)備制造節(jié)約材料，運(yùn)行時(shí)節(jié)電就更加明顯，設(shè)備的系統(tǒng)性能亦大為改善，尤其是對(duì)航天工業(yè)其意義十分深遠(yuǎn)的。故電力電子器件的高頻化是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)方向，而硬件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊是器件發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前先進(jìn)的模塊，已經(jīng)包括開(kāi)關(guān)元件和與其反向并聯(lián)的續(xù)流二極管在內(nèi)及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路多個(gè)單元，并都以標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)出系列產(chǎn)品，并且可以在一致性與可靠性上達(dá)到極高的水平。目前世界上許多大公司已開(kāi)發(fā)出IPM智能化功率模塊，如日本三菱、東芝及美國(guó)的國(guó)際整流器公司已有成熟的產(chǎn)品推出。日本新電元公司的IPM智能化功率模塊的主要特點(diǎn)是：

3.1它內(nèi)部集成了功率芯片，檢測(cè)電路及驅(qū)動(dòng)電路，使主電路的結(jié)構(gòu)為最簡(jiǎn)。

3.2其功率芯片采用的是開(kāi)關(guān)速度高，驅(qū)動(dòng)電流小的IGBT，且自帶電流傳感器，可以高效地檢測(cè)出過(guò)電流和短路電流，給功率芯片以安全的保護(hù)。

3.3在內(nèi)部配線上將電源電路和驅(qū)動(dòng)電路的配線長(zhǎng)度控制到最短，從而很好地解決了浪涌電壓及噪聲影響誤動(dòng)作等問(wèn)題。

3.4自帶可靠的安全保護(hù)措施，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能及時(shí)關(guān)斷功率器件并發(fā)出故障信號(hào)，對(duì)芯片實(shí)施雙重保護(hù)，以保證其運(yùn)行的可靠性。

4 電力電子技術(shù)創(chuàng)新98年未朱基總理明確指示，今后必須加快國(guó)家創(chuàng)新體系的建設(shè)，因此可以肯定的說(shuō)，在21世紀(jì)初國(guó)家發(fā)展中，技術(shù)創(chuàng)新將要變成企業(yè)工作的主導(dǎo)內(nèi)容，而發(fā)展與建立適合中國(guó)國(guó)情的電氣工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，通過(guò)電力電子技術(shù)長(zhǎng)足進(jìn)步推動(dòng)新型電氣工業(yè)不斷升級(jí)和進(jìn)步進(jìn)而走向世界。