电力电子器件的发展与应用

摘要：电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件，其类型非常的多样，在各个领域中都有着广泛的应用，是弱电与强电、信息与电子、传统产业与现代产业完美结合的媒介。本文主要针对电力电子器件及其应用现状和发展趋势进行分析。

关键词：电力电子器件;应用现状;发展趋势

随着科学技术的不断进步，电力电子器件装置当今得到了广泛的应用，主要涉及到交通运输业、先进装备制造业、航天航空和坦克飞机等现代化装备中。得益于电子技术的应用优势，全球电子产品产业得到了快速的发展，给全球的经济、文化、军事等各领域带来了实质性的影响。电子技术可以划分为两类：一种是电子信息技术，电力电子元件在电子信息技术上的应用可以实现信息的传送、储存和控制等目的;第二种就是保证电能正常安全的进行传输，同时将能源和信息有效的结合起来。在社会的不断发展中，各行各业对于优质优量的电能都是迫切需要的，而随着一次次电力电子技术的改革，电力电子器件的应用范围也更加广泛，成为了工业生产中不可或缺的重要元件。电力电子技术的发展为人类的环保和生活都做出了重要的贡献，成为了将弱电与强电、信息与电子、传统产业与现代产业完美结合的媒介。所以电力电子器件的研究成为了电力电子行业的重要课题。

1.电力电子器件的应用与发展历程

上世纪50年代开始，全球第一支晶闸管诞生，这就标志着现代电气传动中的电力电子技术登上历史的舞台，基于晶闸管研发的可控硅整流装置成为了电气传动行业的一次变革，开启了以电力电子技术控制和变换电能的变流器时代，至此电力电子技术产生。到70年代时晶闸管已经研发出来可以承受高压大电流的产品，这一代的半控型器材被称之为第一代电力电子器件。但是晶闸管的缺点就是不能自关断，随着电力电子理论和工艺的不断进步，随后研发出了GTR.GTO和MOSFET等自关断的全控型，这一类产品被称之为第二代电力电子器件。之后出现了第三代电力电子器件，主要以绝缘栅双极晶体管为代表，第三代电力电子器件具有频率快、反映速度快和能耗较低的特点。在近些年的研究中，人们开始将微电子技术与电力电子技术进行融合，从而制造出了具有多功能、智能化、高效率的全控性能集成器件。电力电子器件中使用最多，构造简单的就是整流管，当前整流管可以分为普通型、快恢复型和肖特基型三种。

在改善电力电子性能、减少电路能源损耗和提升电流效率等方面，电力整流管发挥着重要的作用。美国通用电气公司于1958年研发出了第一个用于工业的普通晶闸管，为今后的工艺调整和新器件的研发打下了基础，随后的十年中各式各样的晶闸管面世，例如双向、逆向逆导和非对称等，到现如今这些晶闸管还一直在被使用。为了解决晶闸管的不可自关断问题，美国于1964年研发了0.5kV/0.01kA的可关断晶闸管，到今天发展成为9kV/2.5kA/0.8kHZ和6kV/6kA/1kHZ。可关断晶闸管具有容量大和低频率的特点，在大功率牵引驱动中发挥着极大的作用。随后到70年代，GTR产品成功面世，其额定值已经达到了1.8kV/0.8kA/2kHZ和0.6kV/0.003kA/100kHZ，GTR产品具有极大的灵活性，有着开关能源消耗低和时间短的优点，在中等容量和频率电路中发挥着主要作用。而第三代的绝缘栅型双极性晶体管，对电压能够进行控制，有着输入阻率抗性大和驱动功率小等特点，有着巨大的发展潜力。

2电力电子器件的应用

2.1晶闸管

从1960年开始到1980年，这二十年间使用最多的就是晶闸管，相比由电动发电机和水银整流器组合而成的传统晶闸管，有着功率大、高效率和体积小等优势，在变流技术中占据着重要的地位。其中直流斩波器广泛的应用于国内外的城市电车中。但是这类晶闸管存在着不可关断和低工作频率的缺点，为了解决这一问题，门极可关断晶闸管被研制出来，在日本和欧洲等国家人们开始研制以高电压和高功率的可关断晶闸管为基础的用于城市轨道交通电动车组的变频器。

2.2绝缘栅双级晶体管

随着可关断晶闸管的广泛应用，人们发现可关断晶闸管的关断增益还是比较低，并且在进行关断时所消耗的能源比较多，关于可关断晶闸管的应用出现广泛的争议。随着绝缘栅双级晶体管的研发成功，人们发现相比可关断晶闸管，绝缘栅双级晶体管具有更多的优点，于是开始将绝缘栅双级晶体管广泛用于电动车的开发上。

2.3智能功率模块

智能功率模块是在绝缘栅双级晶体管基础上结合了故障检测保护电路所研制成的电力电子模块，在近年来在很多国家得到了推广。相比以前的功率器件，智能功率模块有着以下特点：首先具备电流传感功能，能够持续监测功率器件电流;具有温度传感功能;此外还具备高电压和电流，能有效的降低通态和开关的能源损耗，无需另外设计驱动电路，应用起来了更加便捷。

3结语

在电力电子器件的初期发展阶段，人们将之称之为功率半导体器件，其功率远远大于传统的控制用半导体器件和通信用半导体器件，随着科技水平的发展，电力电子器件逐步的更新换代。除了传统的双向晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管之外，大量新型电力电子器件出现，开始朝着纵深的发展趋势发展，给电力电子器件产业的发展带带了新的生机。

作者:易跃镕          单位:湖南省长沙市广益实验中学

参考文献:

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