电力电子器件规划.pdf

可再生能源系统中电力电子器件和元件（内容大纲） 一、 概述 1.1 电力电子器件的定义、发展历程 电力电子技术在可再生能源和节能减排领域起着至关重要的作用，是二十一世纪应用最 广泛的技术之一。而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子器件又称为功率半导体 器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数安培至数千安培，电压为 数十伏以上) 电子器件，又称功率电子器件，包括功率二极管、功率晶体管类和晶闸管类器 件，后两者又可统称为功率开关器件。其中常见的晶体管包括以 VDMOS （Vertical Double Diffused MOSFET ）为代表的功率 MOS 器件 （Power MOSFETs ）、绝缘栅双极型晶体管 IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistors ）、双极型功率晶体管 （Bipolar Transistors 或 BJT ，Bipolar Junction Transistors ）、结型效应晶体管JFET （Junction Field Effect Transistor ）和静电感应晶 体管 SIT （Static Induction Transistors）等。 1957 年，从美国通用电气公司研制第一个工业用的晶闸管开始，这标志着电力电子技 术的诞生，电能的变换和控制从旋转的变流机组进入到以电力半导体器件为核心的静止变流 器时代。 伴随硅技术的进步，电力电子器件取得了显著的进展，它的发展历史可以划分成三个时 期。第一时期从 1950 年至 1960 年为摇篮期，在这一时期中,半导体器件包括电力电子器件 的关键技术几乎全部得以完善。第二个时期从 1970 年至1980 年末，可以称之为成长期。主 要的电力电子器件如 Power MOSFET、IGBT、GTO 和光触发晶闸管等迅速发展，功率变换对电 力电子器件的主要要求随着上述器件的问世都基本上得以满足。第三个时期从 1990 年初一 直到目前，为充分成长成熟期，基于硅材料的电压全控型电力电子器件和智能型集成功率模 块技术得到了进一步的完善和发展。 在电力电子器件的发展过程中，功率频率乘积（The power frequency product ）这个指标 可以很好地反映器件水平的进展和状态，如图 1.1 所示。目前电力电子器件的水平基本上稳 9 10 定在 10 ~10 瓦•赫兹的水平。目前，传统的功率器件已经逼近了由于寄生二极管制约而能 达到的材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发展方向：一是采用新的器件结构， 二是采用宽能带间隙的新材料的半导体器件。 P (W) S 8 10 Thyr. SiC? 7 10 GTO 6 10 P U ⋅I IGBT S M M Si 5 10 109 (P ⋅f ) 1010 S Si MOSFET 4 10