电力电子器件的发展.现状和展望.ppt

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1、电力电子器件的发展、现状和展望电力电子器件的发展、现状和展望1.电力电子器件的发展2.电力电子器件的现状3.电力电子器件发展展望1.电力电子器件的发展史电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用。因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。电力电子器件的发展．可分为以下四个阶段：第一阶段是以整流管、晶闸管为代表的发展阶段。这一阶段的电力电子器件在低频、大功率变流领域中的应用占有优势．取代了早先的汞弧整流器。1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，功率二极管开始应用于电力领域，1956年贝

2、尔实验室又发明了晶闸管，1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管器件。开创了传统的电力电子器件应用技术阶段．实现了弱电对强电的控制，在工业界引起了一场技术革命。晶闸管的迅速发展使得中大功率的各种变流装置和电动机传动系统得到了快速发展。但关断这些器件的控制电路存在体积大、效率低、可靠性差、工作频率低以及电网侧和负载上谐波严重等缺点。（在晶闸管出现前，用于电力变换的电子技术就已经存在，称作电力电子技术的是前期或黎明期）。第二阶段是20世纪70年代后期以GTO、GTR和功率MOSFET等全控型器件为代表的发展阶段

3、。这一阶段的电力电子器件开关速度高于晶闸管，它们的应用使变流器的高频化得以实现。第三阶段是20世纪80年代后期以IGBT复合型器件为代表的发展阶段。IGBT是功率MOSFET和GTR的复合。功率MOSFET的特点是驱动功率小、开关速度快；GTR的特点是通态压降小、载流能力大。IGBT的优越性能使之成为电力电子器件应用技术的主导器件。第四阶段是以PIC、HVIC等功率集成电路为代表的发展阶段。高速、全控型、大电流、集成化和多功能的电力电子器件先后问世，开创了现代电力电子集成器件的新阶段。这一阶段，所使用的电力电子器件是

4、将全控型电力电子器件与驱动电路、控制电路、传感电路、保护电路、逻辑电路等集成在一起的高度智能化PIC，它实现了器件与电路、强电与弱电、功率流与信息流的集成，成为机和电之间的智能化接口、机电一体化的基础单元。晶闸管问世IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生2.电力电子器件的现状电力电子器件发展现状在整流管类中，快速恢复二极管将有较大的发展在高压直流输电中，晶闸管

5、（光控晶闸管）将有很好的发展机遇。在功率晶体管类中，以IGBT发展最为迅速电力电子器件中，绝缘栅型双极性晶体管IGBT是研发时间较短的产品之一，它的特点是输入阻抗较大而驱动功率较小，且开关损耗低、工作频率高。IGBT一经问世就获得了使用者的认可，有着非常巨大的发展空间。电力电子器件的最新产品是在GTO基础上发展起来IGCT，这种电力电子器件也被称为是集成门极换流晶闸管或发射极关断晶闸管，它具备瞬间开关频率高、开关时间短、阻断电压高等特点，也具有极大的发展潜力。功率MOSFET由于其工作频率高、功耗低且使用方便的特点，

6、几乎所有数字控制的电子产品都用到功率MOSFET。前几年，这种产品义向电路集成方向发展，将IC、电力电子器件和外围电路全部集成在一个芯片或一个较小的体积内组成各种功能模块，是各种电源、接口电路、功率输出电路的必用基础性元件特别是计算机控制的设备，更离不开这些不断翻新的功能模块，其应用范围相当广泛。目前我国生产的电力电子器件主要工作在工频和中频(50Hz一8kHz)。功率MOSFET与IGBT在应用范围上比较广泛，而这合理分工，前者主要应用干小功率，后者应用于中、大功率。IGBT、功率MOSFET的工作频率较高(8kH

7、z一IMHz)，其设备的体积大为缩小(频率提高一个数量级，体积大约减少一倍)。因此在对体积要求比较高的航天航空、国防和掌上电器中应用的优越性愈加突出，由于这些器件本身功耗越做越小，下作时间增加，节能效果明显许多。鉴于这些高频电力电子器件在工业领域的突出作用，西方国家多年来一直加大力度发展，而我国却举步为艰，IGBT、功率MOSFET全部依赖进口，在竞争上受外国跨国公司的挤压，使采用这些电力电子器件的产品永远比国外慢一步或多步，受制于国外跨国公司，对我国许多高新产品的研发和安全造成了严重影响。3.电力电子器件的发展展望

8、3.1技术发展趋势电力半导体器件的改进在于使电压、电流和开关频率三大参数日益提高，并使其达到最佳匹配。为了实现半导体器件参数的提高，应对其制造技术进行不断创新和发展。以近年来发展最快的IGBT为例，通过近20年的发展,IGBT不但具有了抗短路能力、消除了“二次击穿”现象和电流擎住现象，而且在导通压降的降低、栅极电荷的减小、开关速度的提高和开关损