电力电子器件及其应用的现状和发展研究

张利榜

宁德技师学院福建宁德352100

电力电子器件及其应用的现状和发展研究

张利榜

宁德技师学院福建宁德352100

电力电子器件在生活中无处不在，不断满足着人们的需求，实现着许多过去难以实现的功能。了解电力电子器件的现状和发展能够帮助人们更好地利用电力电子器件，并不断研究开发更高性能的电力电子器件。本文将从电力电子技术的作用和电力电子器件的概述入手，对电力电子器件及其应用的现状和发展进行探讨。【关键字】电力电子器件及其应用；现状；发展

尽管电力电子器件已经深入到工业生产、人们生活、军事国防的方方面面，但是人们实际的需求还是对电力电子器件的发展具有极大的推动力。随着科学技术的日新月异，电力电子器件的未来一片光明。

一、电力电子技术的作用

二战后，尤其是二十世纪八十年代后，包含半导体技术、微电子技术、计算机技术、通信技术等多方面技术的电力电子技术发展迅速，给全世界的科学发展和人们的生产生活都带来了巨大影响。电力电子技术主要实现电能的传输、处理、控制与存储，既要保证电能运行的安全、可靠、高效，又要讲电能与信息有机的、高度的结合起来。以人体为例，电力电子技术好比人体的四肢与心血管系统，决定着人体活动的功能并为之提供能量。

二、电力电子器件概述

电力电子器件是电力电子技术的重要基础，电力电子技术包含了IC技术、控制技术和功率转换技术等多个方面。1958年，世界上第一个工业用晶闸管由美国通用电器公司研发成功，标志着电能的变换和控制正式进入由电力电子器件构成的变流器时代，同时也是电力电子技术诞生的标志。上世纪七十年代，晶闸管开始诞生由低压小电流到高压大电流转换的产品，多种多样的晶闸管相继问世。由于这些晶闸管派生器件具有小功耗、小体积、高效率。轻重量、响应速度快等优点，得到了大众的广泛应用，发展迅猛。

早期生产的普通晶闸管由于不能自主关断，所以属于半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着时代的变迁，社会需求的变化，科学技术的进步，电力电子器件得到了极大的进步，取得了不错的成绩。不但萌发了功率MOSET、GTO、GTR等自主关断、全控型的第二代电力电子器件，近几年，还产生了MCT、IGPT、HVIC等复合化、模块化、功率集成的电力电子器件。总的来说。电力电子器件的发展历程大致为电力整流管→普通晶闸管及其派生器件→全控型电力电子器件→复合型电力电子器件。

三、电力电子器件及其应用的现状

经过多年的发展，目前电力电子器件在人们生活的方方面面都有所涉及，渗透在人们生产生活的各个领域。不管是电力、机械、交通、化工、轻纺、矿业等传统工业，还是智能机器人、航天航空、通信技术、通信等高新产业，都离不开稳定高效高质的电能，电力电子技术则能将各种能源转换成人们所需要的电能。下面就列举一些电力电子器件目前的具体应用。在电力领域，电力电子器件的应用主要表现在高压直流输电系统、有源电力滤波器、电力调节器、灵活交流输电系统等；在交通运输领域，电力电子器件的应用主要表现在电力牵引供电系统电能质量控制装置和通信系统、大功率牵引变频调速装置及系统控制器等；在激光方面，电力电子器件的应用主要表现在超高大功率脉冲电源；在航空航天领域，电力电子器件的应用主要表现在大功率供电系统、高效高可靠性驱动器、高效高可靠性推进器和电源等；在环境保护领域，电力电子器件的主要应用为高压脉冲电源及其控制系统；在先进能源领域，电力电子器件的应用主要表现在大功率高性能DC/DC转换器、大功率并网逆变器、储能装置、大功率风力发电机的励磁与控制器等；在重大、先进装备制造领域，电力电子器件的主要应用为高精度数控机床的驱动和控制系统、大功率变流器及其控制系统、磁约束核聚变用高精度电源等；在舰船领域，电力电子器件的应用主要表现在高效高可靠性驱动器和推进器、全电化机载综合电力系统等；在现代武器装备领域，电力电子器件的应用主要表现在高速鱼雷发射器电源、大功率激光武器驱动电源、大功率固态发射机等；在前沿科学研究领域，电力电子器件的主要应用为特种大功率电源及其控制系统。

经过一段时间的发展，当前电力电子器件的水平基本稳定在10e9到10e10W*Hz左右，已经接近了所用材料能达到的极限。

四、电力电子器件及其应用的发展

电力电子器件好比现代电力电子科技的心脏，可能它在电力电子装置中的成本不超过总价值的四分之一到三分之一，但是他在电力电子装置中所起的作用远超它的成本价值，对于电力电子装置的尺寸、重量、动态特性、静态特性、效率、可靠性等都起着重要的作用。一个理想的电力电子器件需要具有良好的静态特性和动态特性，能够符合电力电子装置的要求，实现所需功能。

自从1958年第一个普通晶闸管被研制出，电力电子器件的研究者就不断为了实现理想特性而努力，并取得了不错的成绩。从最初的普通晶闸管应用于大功率变流器，到上世纪八十年代的功率MOSET、GTO、GTR等自主关断、全控型的第二代电力电子器件，再到近几年的MCT、IGPT、HVIC等复合化、模块化、功率集成的电力电子器件。随着更高电压、更好开关性能的电力电子器件的研发，大功率装置将不必再使用复杂的拓扑电路连接，从而能有效简化电路和装置，降低成本，减少发生故障的几率。目前大部分电力电子器件都是由硅材料制成，不过近几年还涌现出了几种性能更优良的半导体材料，如锗化硅、碳化硅、磷化铟、砷化镓等，它们在未来会有更广泛的应用。电力电子器件未来的发展会更广泛的应用超大规模的集成电路技术，使用高迁移率、高热电传导性、大宽带隙的新型半导体材料，继续保持结构的复合型、模块化、集成化，努力实现高容量和工作效率、低通态压降、小驱动功率。

五、小结

综上所述，电力电子器件虽然诞生较晚，但是发展迅速，应用广泛，在人们生活、工业生产以及国防的各个领域都有电力电子器件的身影。虽然目前电力电子器件已经发展到较高水平，但是随着社会的进步，时代的变迁，人们需求的日新月异，国际形势的变幻莫测，电力电子器件的研究者仍需继续努力，不断提升自己的专业技能，争取研发出更高水平的电力电子器件造福社会。

[1]雷菊芬.电力电子器件及其应用的问题和发展.现代工业经济和信息化.2016年19期

[2]谭鑫.电力电子器件及其应用的现状和发展.电子技术与软件工程.2016年16期

[3]钱照明，张军明，盛况.电力电子器件及其应用的现状和发展.中国电机工程学报.2014年29期