电力电子技术的演进及前景展望

（1）电力电子器件的发展。由于电力电子器件具有体积小、重量轻、容量大、损耗小、寿命长、维护方便、控制性能好以及可采用集成电路制造工艺等优点，用它组成的装置具有可靠性高、节能、性能好等优点。近半个世纪来，各种电力电子新器件不断涌现，应用范围已从传统的工业、交通、电力等部门，扩大到信息通信、家用电器以至宇宙开发等领域。实际上，电力电子技术的发展已不局限于高电压大电流的工业范畴，当你开车、乘电梯、使用计算机、打开空调、用微波炉、使用冰箱、打电话、看电视听音乐时，都在与电力电子技术打交道，电力电子技术已发展成为一种无所不在的技术。

电力电子器件的发展可分为两个阶段。

①传统电力电子器件。主要是功率整流管与晶闸管（曾称可控硅），属于不控与半控器件。自1957年生产第一只晶闸管以来，现已由普通晶闸管衍生出快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等多种，器件的电压、电流等技术参数均有很大提高，单只普通晶闸管的容量已达8 000 V、6 000 A。此类器件通过门极只能控制开通而不能控制关断，另外它立足于分立元件结构，工作频率难以提高，因而大大限制了其应用范围。但是晶闸管器件价格相对低廉，在大电流、高电压的发展空间依然较大，目前以晶闸管为核心的设备仍然在许多场合使用，晶闸管及其相关知识目前仍是初学者的基础。

②现代电力电子器件。20世纪80年代以来，将微电子技术与电力电子技术相结合，研制出新一代高频、全控型器件称为现代电力电子器件。主要有功率晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、MOS 门极晶闸管（MCT）等。最有发展前途的是绝缘栅双极晶体管与MOS 门极晶闸管，两者均为场控复合器件，工作频率可达20 kHz。目前IGBT 器件已取代GTR，而MCT 将可能取代晶闸管与GTO，功率MOSFET 在低压高频变流领域仍有发展潜力。

器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的动力，电力电子技术的每一次飞跃都是以新器件的出现为契机。电力电子器件的发展方向主要表现在以下6 个方面。

①大容量化。应用微电子工艺，使单个器件的电压、电流容量进一步提高，以满足高压大电流的需要。

②高频化。采用新材料、新工艺，在一定的开关损耗下尽量提高器件的开关速度，使装置运行在更高频率。频率提高不仅可提高系统的性能、改善波形，而且大大减少装置的体积与重量，因此高频器件的技术性能指标用“容量×工作频率” 来衡量。(www.xing528.com)

③易驱动。由电流驱动发展为电压驱动，大力发展MOS 结构的复合器件，如IGBT、MCT。由于控制驱动功率小，因此可研制专用集成驱动模块，甚至把驱动与器件制作在一个芯片上，以便更适合中、小功率控制。

④降低导通压降。研制出比肖特基二极管正向压降还低的器件以提高变流效率、节省电能，特别适用于便携式低压电器。

⑤模块化。采用制造新工艺，如塑封化、表面贴装化和桥式化，将几个器件封装在一起以缩小体积与减少连线。如几个IGBT 器件与续流管以及保护、检测器件、驱动等组成桥式模块，称智能器件，缩写为IPM （Intelligent Power Module）。

⑥功率集成化。充分应用集成电路工艺，将驱动、保护、检测、控制、自诊断等功能与电力电子器件集成于一块芯片，发展成为功率集成电路PIC （Power Integrated Circuit），实现集成电路功率化、功率器件集成化，使功率与信息集成在一起，成为机电一体化的接口，并逐步向智能化（Smart PIC）方向发展。

（2）变流电路与控制的发展。传统电力电子技术以整流为主导，以移相触发（相控）、PID 模拟控制方式为主。20世纪80年代高频全控器件的出现，使逆变、斩波电路的应用日益广泛。由于逆变、斩波电路中都需要直流电源，因此整流电路仍占重要地位。在逆变、斩波电路中，以斩控形式的脉宽调制（PWM）技术大量应用，使交流装置的功率因数提高、谐波减少、动态响应加快。特别是以微处理器实现的数字控制替代了模拟控制，并应用于静止旋转坐标变换的矢量控制，使电力电子技术日臻完善。