电力电子器件的发展.doc

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1、电力电子器件的发展浅析引言电了技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电了学，又称功率电子学,是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）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了技术的重要基础，也是电力电了技术发展的“龙头气电力电了-器ft（PowerElectronicDevice）乂称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。广义上电力电子器件町分为

2、电真空器件（ElectronDevice）和半导体器件（SemiconductorDevice）两类。1电力电子器件1.1概述1957年可控硅（晶闸管）的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电了开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电了技术的诞生。20世纪60年代初己开始使用电力电了这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速

3、发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入9。年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。1.2发展1.2.1整流管整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢夏整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们己通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等

4、结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2,反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。1.2.2晶闸管自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个品闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制更定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。晶闸管只能由门极控制导通，导通后门极便失去控制作用，因此称之为半控型器件，

5、普通晶闸管（Thysister）是目前阻断电压最高、流过电流最大、承受dv/dt.■/力能力最强的电力电了器件，现在已能生产8kV/4kA和6kV/6kA的晶闸管。但由于PN结的载流了积蓄效应，开关频率只能在500Hz以下。1-2.3门极可关断晶闸管(GT0)GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到1kHz。1964年，美国第一次试制成功了0.5kV/10A的GTO。自70年代中期开始，GTO的研制取得突破，相继出世了1300V/600A、25OOV/I000A、4500V/2400A的产品，目前己达到9kV/25kA/0.8kHz及6kV/6kA/lkHz的水平。GTO

6、包括对称、非对称和逆导三种类型。非对称GTO相对于对称GTO,具有通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力(3000v以上)的特点。逆导型GTO,由于是在同一芯片上将GTO与整流二极管反并联制成的集成器件，因此不能承受反向电压，主要用于中等容量的牵引驱动中。在当前各种日关断器件中,GTO容量最大，工作频率最低，通态压降大、dv/dt及di/dt耐量低，需要庞大的吸收电路。但其在大功率电力牵引驭动中有明显的优势，因此它在中高压领域中必将占有一席之地。1.2.4大功率晶体管(GTR)GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件,20世纪70年代中期,双极性晶体管(BJT)扩展到高功率领域，产生

7、大功率晶体管(GTR),它由基极(B)电流欢的正、负控制集电极(C)和发射极(E)的通、断，也属全控型器件。由于能承受上千伏电压，具有大的电流密度和低的通态压降，曾经风靡一时，在20世纪七八十年代成为逆交器、变频器等电力电子装置的主导功率开关器件，开关频率可达5kIIzo但是GTR存在许多不足:①对驱动电流波形有一定要求，驱动电路较复杂；②存在局部热点引起的二次击穿现象，安全工作区(SOA)小；③