摘要：電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件，主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件，其類型非常的多樣，在各個領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，是弱電與強電、信息與電子、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)完美結(jié)合的媒介。本文主要針對電力電子器件及其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析。

關(guān)鍵詞：電力電子器件;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，電力電子器件裝置當今得到了廣泛的應(yīng)用，主要涉及到交通運輸業(yè)、先進裝備制造業(yè)、航天航空和坦克飛機等現(xiàn)代化裝備中。得益于電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，全球電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，給全球的經(jīng)濟、文化、軍事等各領(lǐng)域帶來了實質(zhì)性的影響。電子技術(shù)可以劃分為兩類：一種是電子信息技術(shù)，電力電子元件在電子信息技術(shù)上的應(yīng)用可以實現(xiàn)信息的傳送、儲存和控制等目的;第二種就是保證電能正常安全的進行傳輸，同時將能源和信息有效的結(jié)合起來。在社會的不斷發(fā)展中，各行各業(yè)對于優(yōu)質(zhì)優(yōu)量的電能都是迫切需要的，而隨著一次次電力電子技術(shù)的改革，電力電子器件的應(yīng)用范圍也更加廣泛，成為了工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要元件。電力電子技術(shù)的發(fā)展為人類的環(huán)保和生活都做出了重要的貢獻，成為了將弱電與強電、信息與電子、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)完美結(jié)合的媒介。所以電力電子器件的研究成為了電力電子行業(yè)的重要課題。

1.電力電子器件的應(yīng)用與發(fā)展歷程

上世紀50年代開始，全球第一支晶閘管誕生，這就標志著現(xiàn)代電氣傳動中的電力電子技術(shù)登上歷史的舞臺，基于晶閘管研發(fā)的可控硅整流裝置成為了電氣傳動行業(yè)的一次變革，開啟了以電力電子技術(shù)控制和變換電能的變流器時代，至此電力電子技術(shù)產(chǎn)生。到70年代時晶閘管已經(jīng)研發(fā)出來可以承受高壓大電流的產(chǎn)品，這一代的半控型器材被稱之為第一代電力電子器件。但是晶閘管的缺點就是不能自關(guān)斷，隨著電力電子理論和工藝的不斷進步，隨后研發(fā)出了GTR.GTO和MOSFET等自關(guān)斷的全控型，這一類產(chǎn)品被稱之為第二代電力電子器件。之后出現(xiàn)了第三代電力電子器件，主要以絕緣柵雙極晶體管為代表，第三代電力電子器件具有頻率快、反映速度快和能耗較低的特點。在近些年的研究中，人們開始將微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)進行融合，從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。電力電子器件中使用最多，構(gòu)造簡單的就是整流管，當前整流管可以分為普通型、快恢復(fù)型和肖特基型三種。

在改善電力電子性能、減少電路能源損耗和提升電流效率等方面，電力整流管發(fā)揮著重要的作用。美國通用電氣公司于1958年研發(fā)出了第一個用于工業(yè)的普通晶閘管，為今后的工藝調(diào)整和新器件的研發(fā)打下了基礎(chǔ)，隨后的十年中各式各樣的晶閘管面世，例如雙向、逆向逆導(dǎo)和非對稱等，到現(xiàn)如今這些晶閘管還一直在被使用。為了解決晶閘管的不可自關(guān)斷問題，美國于1964年研發(fā)了0.5kV/0.01kA的可關(guān)斷晶閘管，到今天發(fā)展成為9kV/2.5kA/0.8kHZ和6kV/6kA/1kHZ。可關(guān)斷晶閘管具有容量大和低頻率的特點，在大功率牽引驅(qū)動中發(fā)揮著極大的作用。隨后到70年代，GTR產(chǎn)品成功面世，其額定值已經(jīng)達到了1.8kV/0.8kA/2kHZ和0.6kV/0.003kA/100kHZ，GTR產(chǎn)品具有極大的靈活性，有著開關(guān)能源消耗低和時間短的優(yōu)點，在中等容量和頻率電路中發(fā)揮著主要作用。而第三代的絕緣柵型雙極性晶體管，對電壓能夠進行控制，有著輸入阻率抗性大和驅(qū)動功率小等特點，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2電力電子器件的應(yīng)用

2.1晶閘管

從1960年開始到1980年，這二十年間使用最多的就是晶閘管，相比由電動發(fā)電機和水銀整流器組合而成的傳統(tǒng)晶閘管，有著功率大、高效率和體積小等優(yōu)勢，在變流技術(shù)中占據(jù)著重要的地位。其中直流斬波器廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外的城市電車中。但是這類晶閘管存在著不可關(guān)斷和低工作頻率的缺點，為了解決這一問題，門極可關(guān)斷晶閘管被研制出來，在日本和歐洲等國家人們開始研制以高電壓和高功率的可關(guān)斷晶閘管為基礎(chǔ)的用于城市軌道交通電動車組的變頻器。

2.2絕緣柵雙級晶體管

隨著可關(guān)斷晶閘管的廣泛應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)可關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷增益還是比較低，并且在進行關(guān)斷時所消耗的能源比較多，關(guān)于可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用出現(xiàn)廣泛的爭議。隨著絕緣柵雙級晶體管的研發(fā)成功，人們發(fā)現(xiàn)相比可關(guān)斷晶閘管，絕緣柵雙級晶體管具有更多的優(yōu)點，于是開始將絕緣柵雙級晶體管廣泛用于電動車的開發(fā)上。

2.3智能功率模塊

智能功率模塊是在絕緣柵雙級晶體管基礎(chǔ)上結(jié)合了故障檢測保護電路所研制成的電力電子模塊，在近年來在很多國家得到了推廣。相比以前的功率器件，智能功率模塊有著以下特點：首先具備電流傳感功能，能夠持續(xù)監(jiān)測功率器件電流;具有溫度傳感功能;此外還具備高電壓和電流，能有效的降低通態(tài)和開關(guān)的能源損耗，無需另外設(shè)計驅(qū)動電路，應(yīng)用起來了更加便捷。

3結(jié)語

在電力電子器件的初期發(fā)展階段，人們將之稱之為功率半導(dǎo)體器件，其功率遠遠大于傳統(tǒng)的控制用半導(dǎo)體器件和通信用半導(dǎo)體器件，隨著科技水平的發(fā)展，電力電子器件逐步的更新?lián)Q代。除了傳統(tǒng)的雙向晶閘管、快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管之外，大量新型電力電子器件出現(xiàn)，開始朝著縱深的發(fā)展趨勢發(fā)展，給電力電子器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶帶了新的生機。

作者:易躍镕          單位:湖南省長沙市廣益實驗中學(xué)

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