電力電子技術(shù)器件的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(編輯修改稿)
2025-07-18 15:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 前電力電子技術(shù)的水平落后于國際先進(jìn)水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特別是還面臨著國外產(chǎn)品嚴(yán)重沖擊，因此，我們必需清醒地認(rèn)識(shí)到這一挑戰(zhàn)并且要勇敢地面對。（文獻(xiàn)[3]）目前對電力電子裝置的保護(hù)措施及其參數(shù)設(shè)計(jì)在很多方面是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，現(xiàn)有的電力電子理論還嚴(yán) 重不足 ，在現(xiàn)行的電力電子電路分析方法 中存在下列需要解決的問題 一般分析時(shí)只考慮 電力 電子器件的理想開關(guān)狀 態(tài) ，以及開關(guān)器件切換后電路的穩(wěn)態(tài)波形。在一般拓?fù)溲芯亢驮O(shè)計(jì) 中這樣做是夠 的 ，但 是 ，要確保 裝置實(shí) 際運(yùn)行 時(shí)的可靠性 就不行 了 ，還須考慮 實(shí)際的開 關(guān)過程 ，須建立器件在開 關(guān)過程 中的仿 真模型 。②一般分析 電力 電子裝置開關(guān)切換后的過渡過程 時(shí) ，只考慮 電路和 電機(jī) 的集總參數(shù) ，可是在探討各種可能損壞器件 的原 因時(shí) ，這 樣做就不夠 了。器件 在開關(guān)過程 中所承受的脈沖 電壓 可表示為：，J ，|dt At其 中L是器件引線 電路 的電感 。假定△i．1000A，當(dāng)A t=1ms，L=1mH時(shí)，代入上式可得脈沖 電壓 v=1000V。對于開關(guān)速度更快 的器件 ，若△ t=1“S，電感 只要 1H，脈沖電壓就有 1000V；而 10 H的 電感所 引起的脈沖尖峰就有 10000V，足 以擊穿通常的低壓器件了。一般引線的分布電感常常是 H級的 ，要確?？煽啃跃捅仨毧紤]這樣的分布 電感 。與此相仿 ，還須考慮導(dǎo)線和繞組之間和對地的分布 電容以及器件 輸入 端的結(jié) 電容 。這樣一 來，電力 電子裝置的模 型就復(fù)雜多了。從 以上兩類具 體問題 中可以看出 ，要深入研 究電力 電子科學(xué) ，還有許多工作可做 ，有待于各位年富力強(qiáng) 同志的努 力 。（文獻(xiàn)[8]）現(xiàn)代電力電子器件仍然在向大功率、易驅(qū)動(dòng)和高頻化方向發(fā)展。電力電子模塊化是其向高功率密度發(fā)展的重要一步。當(dāng)前電力電子器件的主要發(fā)展成果如下： 復(fù)合型電力電子器件 IGBT：絕緣柵雙極晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一種N溝道增強(qiáng)型場控(電壓)復(fù)合器件，如圖1所示。它屬于少子器件類，兼有功率MOSFET和雙極性器件的優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高、開關(guān)速度快、安全工作區(qū)寬、飽和壓降低（甚至接近GTR的飽和壓降）、耐壓高、電流大。IGBT有望用于直流電壓為1500V的高壓變流系統(tǒng)中。MCT：MOS控制晶閘管 MCT(MOSControlled Thyristor)是一種新型MOS與雙極復(fù)合型器件，如圖2所示。它采用集成電路工藝，在普通晶閘管結(jié)構(gòu)中制作大量MOS器件，通過MOS器件的通斷來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。MCT既具有晶閘管良好的關(guān)斷和導(dǎo)通特性，又具備MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率低和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管速度慢、不能自關(guān)斷和高壓MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通壓降大的不足。所以MCT被認(rèn)為是很有發(fā)展前途的新型功率器件。MCT器件的最大可關(guān)斷電流已達(dá)到300A，最高阻斷電壓為3KV，可關(guān)斷電流密度為325A/cm2，且已試制出由12個(gè)MCT并聯(lián)組成的模塊。IGCT：集成門極換流晶閘管IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體器件。IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動(dòng)器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IEGT：電子注入增強(qiáng)柵晶體管EGT(Injection Enhanced Gate Transistor)是耐壓達(dá)4KV以上的IGBT系列電力電子器件，通過采取增強(qiáng)注入的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低通態(tài)電壓，使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發(fā)展。 IEGT具有作為MOS系列電力電子器件的潛在發(fā)展前景，具有低損耗、高速動(dòng)作、高耐壓、有源柵驅(qū)動(dòng)智能化等特點(diǎn)，以及采用溝槽
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