电力电子器件的发展历程
2006/5/22 15:05:02 电源在线网
电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础。现代电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对高新技术产业（航天、激光、通信、机器人等）都至关重要，并已发展成为一门独立学科领域，其应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。
“一代器件决定一代电力电子技术。”每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。从1958年美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。以功率器件为核心的现代电力电子装置，在整台装置中通常不超过总价值的20%～30%，但是，它对提高装置的各项技术指标和技术性能，却起着十分重要的作用。
电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了装置和系统的可靠性。
根据可控程度以及构造特点等因素可以把电力电子器件分成四类：
1.半控型器件
自从50年代，由美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸管(SCR)的派生器件越来越多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，电力电子器件的功率也越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管的固有特性，工作频率较低（一般低于400Hz），大大限制了它的应用范围，并且由于其固有的特性，比如关断这些器件必须要有强迫换相电路，使得整体体积增大、重量增加、效率降低、可靠性下降。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主，其中的一些中低档产品业已成熟，并有相当批量出口。
2.全控型器件
伴随着关键技术的突破以及需求的增加，早期的小功率、半控型、低频器件发展为现在的超大功率、高频全控器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，从而大大提高了开关控制的灵活性。从70年代后期开始，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。在此后，各种高频率的全控型器件不断问世，并得到迅速发展。这些器件主要有：电力场控晶体管(即功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)等，这些器件的产生和发展，已经形成了一个新型的全控电力电子器件的大家族。
3.复合型器件
前两代电力电子器件中各种器件都有其本身的特点。近年来，又出现了兼有几种器件优点的复合器件。如：绝缘门极双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它实际上是MOSFET驱动双极型晶体管，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两者的优点。它容量较大，开关速度快，易驱动，成为一种理想的电力电子器件。
4.模块化器件
随着工艺水平的不断提高，实现了将许多零散拼装的器件组合在一起并且大规模生产，进而导致第四代电力电子器件的诞生。以功率集成电路PIC(Power Intergrated Circuit)为代表，其不仅把主电路的器件，而且把驱动电路以及具有过压过流保护、电流，甚至温度自动控制等作用的电路都集成在一起，形成一个整体。
“一代器件决定一代电力电子技术。”每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。从1958年美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。以功率器件为核心的现代电力电子装置，在整台装置中通常不超过总价值的20%～30%，但是，它对提高装置的各项技术指标和技术性能，却起着十分重要的作用。
电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了装置和系统的可靠性。
根据可控程度以及构造特点等因素可以把电力电子器件分成四类：
1.半控型器件
自从50年代，由美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸管(SCR)的派生器件越来越多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，电力电子器件的功率也越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管的固有特性，工作频率较低（一般低于400Hz），大大限制了它的应用范围，并且由于其固有的特性，比如关断这些器件必须要有强迫换相电路，使得整体体积增大、重量增加、效率降低、可靠性下降。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主，其中的一些中低档产品业已成熟，并有相当批量出口。
2.全控型器件
伴随着关键技术的突破以及需求的增加，早期的小功率、半控型、低频器件发展为现在的超大功率、高频全控器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，从而大大提高了开关控制的灵活性。从70年代后期开始，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。在此后，各种高频率的全控型器件不断问世，并得到迅速发展。这些器件主要有：电力场控晶体管(即功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)等，这些器件的产生和发展，已经形成了一个新型的全控电力电子器件的大家族。
3.复合型器件
前两代电力电子器件中各种器件都有其本身的特点。近年来，又出现了兼有几种器件优点的复合器件。如：绝缘门极双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它实际上是MOSFET驱动双极型晶体管，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两者的优点。它容量较大，开关速度快，易驱动，成为一种理想的电力电子器件。
4.模块化器件
随着工艺水平的不断提高，实现了将许多零散拼装的器件组合在一起并且大规模生产，进而导致第四代电力电子器件的诞生。以功率集成电路PIC(Power Intergrated Circuit)为代表，其不仅把主电路的器件，而且把驱动电路以及具有过压过流保护、电流，甚至温度自动控制等作用的电路都集成在一起，形成一个整体。
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