现代电源技术发展 综述

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1、现代电源技术发展综述1、现代电源技术的发展概况现代电源技术的发展方向，是从以低频技术为主的传统电源技术，向以高频技术为主的现代电源技术方向转变。电源技术始于上世纪的四十年代末五十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电源技术在许多新领域的应用。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、高电压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电源技术已经进入现代电源时代。1.1整流器时代大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%——40%的电能是以直流形

2、式消费的，其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域。大功率硅整流器能有效的把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以大力发展。但是，大功率整流器件也存在许多缺点，比如转换效率低，体积庞大，散热量大等。1.2逆变器时代七十年代，变频技术因节能效果显着而迅速发展。变频器的关键技术是：半导体器件的通断作用，将工频电源逆变为另一种频率的电能的控制装置。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率电力电子器件成为当时电机调速的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，使得设备的体积

3、依然庞大，功率器件的损耗也较大，转换效率不够高，仅仅局限在中低频率范围内使用。1.3变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为电源技术的发展奠定了基础。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转变的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效、节能，实现小型化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。随着电力电子技术的发展，特别是微电子技术的发展，电器设备的种类越来越多，任何电器设备都离不开电源，电源正发挥着举足轻

4、重的作用，同时随着电源应用的普及，以及科学技术的进步，特别是一些先进的仪器对电源提出了更新、更高的要求，使原来的电路技术特别是整流技术的效率大大下降而不再适用。因此，必须采用新的器件，研究新的电路。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。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

5、电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。2、现代电力电子技术的发展概况　2.1整流器时代　　大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大

6、小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2.2逆变器时代　　七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。　2.3变频器时代进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，

7、为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而

8、且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技