浅谈电力电子器件的发展

《浅谈电力电子器件的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、浅谈电力电子器件的发展摘要：本文简单回顾了电力电子器件的发展历程，探讨了不同时期电力电子器件所表现出的主要特点，并对不同阶段有代表性的电力电子器件的工作原理，应用情况作以简单介绍关键词：电力电子器件,发展,SCR,IGBTAbstract：Thispaperbrieflyreviewsthedevelopmentofelectronicscomponents,discussesthemaincharacteristicsofelectronicscomponentsindifferentphaseofthedevelopment,andintroducesth

2、eworkingprinciplesandapplicationsofrepresentativeelectronicscomponentsKeywords:electronicscomponents,development,SCR,IGBT1．引言近几年来世界上经济高度发达的国家，尽管经济总体的增长速度较慢，但在这些国家中，电力电子技术的发展仍一直保持着每年增长百分之十几的高速度。“一代器件决定一代电力电子技术。”从历史上看，功率器件往往是燃起电力电子技术革命的火种。每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。从l958年美国通用电气(GE

3、)公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。80年代末期和90年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。以功率器件为核心的现代电力电子装置，在整台装置中通常不超过总价值的20％～30％，但是，它对提高装置的各项技术指标和技术性能，却起着十分重要的作用。因此，新型电力电子器件，及其相关新型半导体材料的研究，一直是电力电子技术极为活跃的主要

4、课题之一。而对于电力电子器件发展历程的了解，也有助于科学工作者更好的掌握电力电子技术发展的动向。2．传统电力电子器件――从半控器件到全控器件电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A／D采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了装置和系统的可靠性。众所周知，一个理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性;在阻断状态时能承受高电压；在导通状态时，具有高的电流密度和低的导通压降;在开关状态;转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和dv/dt,以及具有全控功能。但是，电力电子器件并不是从诞生之初就达到了这些要求的。从最

5、开始的不可控的功率半导体器件，发展到后来的以晶闸管（SCR）为代表的半控器件，再到后来的门极可关断晶闸管（GTO），大功率双极型晶体管（GTR）等全控器件，中间经历了一个相当长的过程。2.1半控器件（晶闸管及其派生器件）从20世纪50年代年美国通用电气(GE)公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，标志着电力电子技术的开端。晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器(SCR)，又称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于1958年使其商业化。结构上，晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极（A）

6、，阴极（K）和门极（G），其工作条件为：①晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。②晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。③晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。④晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。显然，晶闸管是一种无自关断能力的的半控器件，应用中必须考虑其关断问题，电路结构必须设置关断（换流）电路，大大复杂了电路结构，增加了成本。此外，晶闸管开关频率也不高，难于实现变流装置的高频化。在晶闸管

7、后，晶闸管的派生器件越来越多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管（FST）、逆导晶闸管（RCT）、双向晶闸管（TRIAC）等半控型器件，这些器件的性能日益完善，比如，快速晶闸管的开通速度和关断时间均比普通晶闸管有大幅提高，逆导晶闸管在结构上式反并联的晶闸管和大功率二极管的集成，具有正向压降小，关断时间短，换流快速的优点。但是由于晶闸管的固有特性，工作频率较低(一般低于400HZ)，大大限制了派生元件的应用范围。2.2全控器件（GTO，GTR，P-MOSFET）从60年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、大功率晶体管（GTR）和电力场效应晶体管（P-MOS

8、FET）为代表全控型器件逐步产生。其特