电力电子器件的发展概况

    一、电力电子器件的发展概况

    通常认为，1956年第一个普通晶闸管(SCR)的发明标志着电力电子技术的诞生，开创了利用半导体器件及电子技术控制电气设备运行的先河。1957～1980年称为传统电力电子技术阶段，这一阶段，虽然电力电子器件已由普通晶闸管衍生出了快速晶闸管(KK)、逆导晶闸管(RCT)、双向晶闸管(TRIAC)、不对称晶闸管(ASCR)等，但是它们存在两个共同的缺陷：

①控制功能上的欠缺，通过门极只能控制开通而不能控制关断，所以成为半控型器件，如果要想关断，必须增加比较复杂的强迫换流电路，从而使电路“臃肿”而效率降低；②工作频率低，一般晶闸管工作频率均低于400Hz，因而大大限制了其应用范围，这些电子器件无法应用在通用变频器中。由于大容量晶闸管制造工艺相对简单，并且具有较好的耐过流特性，现在主要应用在可控整流，大功率、低速的交交变频装置中和交流串级调速装置中。

    20世纪70年代后期，可关断晶闸管(GTO)和电力晶体管(GTR)相继产生并实用化，为通用变频器大规模普及应用带来了曙光。20世纪80年代，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开发成功并进入实用阶段，使变频器产生了质的飞跃。IGBT在许多性能上优于GTR，并且逐步取代了GTR，可以说IGBT为变频调速的迅速普及和进一步提高奠定了基础。此后各种高频化全控型器件如雨后春笋般地不断问世，并得到迅速发展，而IGBT也逐步完成集成化、模块化过程。新型电力电子器件的产生使电力电子技术由传统阶段跨入了现代阶段。

    现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面有如下特点：

    (1)集成化。几乎所有全控型器件都由许多单元胞管子并联而成，即一个器件由许多子器件所集成。例如：一个1000A的GTO含有近千个单元GTO，一个40A的功率场效应晶体管( M()SFET)由上万个单元并联而成。

    (2)高频化。一般的IGBT工作频率均达到20kHz，而功率MOSFET可达数百千赫，静电感应品体管(SIT)工作频率可达10Hz以上。

    (3)全控化。电力电子器件实现全控化，即自关断化，是现代电力电子器件在功能上的重大突破。无论是双极型器件(如GTR、GTO)或单极型器件(如MOSFET)以及混合型器件[如IGBT、MOS控制品闸管(MCT)|，都实现了全控化，从而避免了传统电力电子器件关断时所需要的强迫换流电路。

    (4)控制电路弱电化、控制技术数字化。全控型器件的高频化促进了电力电子控制电路的弱电化。许多弱电领域的电子技术可以应用到电力领域中来，如PWM调制技术、谐振变流等，控制这些电路的技术也逐步数字化。

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