回顾电力电子器件的发展史及未来展望.doc

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1、回顾电力电子器件的发展史及未来展望　　电力电子器件（PowerElectronicDevice）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上），其不断发展引导着各种电力电子拓扑电路的不断完善，今天小慕带大家一起回顾下电力电子器件的发展史，一起领略人类智慧如何一步步进入这个神奇的电力世界。　　回顾电力电子器件的发展史及未来展望　　电力电子器件（PowerElectronicDevice）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上），其不断

2、发展引导着各种电力电子拓扑电路的不断完善，今天小慕带大家一起回顾下电力电子器件的发展史，一起领略人类智慧如何一步步进入这个神奇的电力世界。　　　　史前　　这个得从爱迪生在研究电灯泡时说起，他做了管壁的防尘防烟实验，1880年无意间发现在灯泡管内插入独立电极的地方与灯丝之间，在某种条件下会产生电流。这个现象被称为「爱迪生效应」，爱迪生本人没有继续探讨，直到1904年英国佛莱明在横越大西洋无线电通信发报机中，才首次利用「爱迪生效应」研制出一种能够充当交流电整流和无线电检波的特殊灯泡—“热离子阀”，从而催生了世界上第一只电子管，称为佛莱明管（二极检波管），也就是人们所说的真空二极管，世界进入电子时

3、代，主要应用的是通信和无线电领域。当时的佛莱明管只有检波与整流的功用，而且并不稳定。　　　　第一只真空二极管　　1906年，为了提高真空二极管检波灵敏度，德·福雷斯特在佛莱明的玻璃管内添加了栅栏式的金属网，形成第三个极，三极真空管被发明，让真空管具有放大与振荡的功能，我们通常认定1906年是真空管元年。　　　　德·福雷斯特与真空三极管　　1930年代-1950年代，水银整流器迅速发展，广泛应用于电化学工业、电气铁道直流变电、直流电动机的传动，此时，整流、逆变、周波变流电路都已成熟并被广泛应用。　　1947年，美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，这个晶体管是点触式器件，用多晶锗做成，继而硅材料器

4、件同样实现，一场电子技术的革命开始了。　　　　第一个晶体管　　时代的开始　　1957年，美国通用电气公司，第一个晶闸管出现，标志着电力电子技术的诞生，正式进入了电力电子技术阶段，也就是第一代电力电子器件稳步发展的开始。　　第一代电力电子器件就是以晶闸管为代表，主要用于相控电路。这些电路十分广泛地用在电解、电镀、直流电机传动、发电机励磁等整流装置中，与传统的汞弧整流装置相比，不仅体积小、工作可靠，而且取得了十分明显的节能效果，因此电力电子技术的发展也越来越受到人们的重视，已普遍应用于变频调速、开关电源、静止变频等电力电子装置中。　　但是由于第一代电力电子器件通过其门极只能控制其导通，不能控制其

5、关断，所以只能是半控型器件。半控型器件在直流供电场合，要实现关断必须另加电感、电容和其他辅助开关器件组成强迫换流电路，这样造成的缺点是：变流装置整机体积增大，重量增加、效率降低，并且工作频率一般低于400Hz。　　快速发展时期　　1970年代后期，门极可关断晶闸管GTO、电力双极型晶体管BJT、电力场效应晶体管功率MOSFET为代表的全控型器件迅速发展，第二代电力电子器件应运而生，其工作频率达到兆赫级。集成电路的技术促进了器件的小型化和功能化。这些新成就为发展高频电力电子技术提供了条件，推动电力电子装置朝着智能化、高频化的方向发展。　　第二代电力电子器件就实现了既能被控制导通，也能控制关断的

6、全控型器件，使得各类电力电子变换电路及控制系统开始不断涌现，如直流高频斩波电路、软开关谐振电路、脉宽调制电路等。一直沿用于今天的各种常见电源上，跨入全控器件快速发展阶段。　　1980年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）集合了MOSFET的驱动功率小、开关速度快和BJT通态压降小、载流能力大的优点，成为现代电力电子技术的主要器件；在中低频大功率电源中占重要地位。20世纪90年代，智能功率模块使功率器件的发展向大功率、高频化、高效率跨向一大步。　　↓电力电子器件发展图↓　　　　不同器件各居领地　　这些功率器件在各自不同的领域发挥着各自重要的作用。按照导通、关断的受控情况可分为不可控、半控

7、和全控型器件，按照载流子导电情况可分为双极型、单极型和复合型器件，按照控制信号情况，可以分为电流驱动型和电压驱动型器件，根据它们的这些结构和特点应用领域也不完全相同。　　　　电力电子器件分类及特点　　目前，以MOSFET、IGBT、晶闸管等为代表的主流功率器件在各自的频率段和电源功率段占有一席之地。　　功率MOSFET的问世打开了高频应用的大门，这种电压控制型单极型器件，主要是通过栅极电压来控制漏极电流，因而