电力电子及其应用的十年展望VIP免费

第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共10页电力电子及其应用的十年展望电力电子及其应用已经走过了从诞生到成熟的艰难历程。但在人类的科技史上看这仅仅是开始。让我们从时代前进的角度，对包括材料、元器件、整机和系统，从基础理论到可靠性的改善，来初步展望电力电子及其应用在可以预见的今后十年的新发展。脱胎于以电子管（电真空器件和充气管器件）为基础的“工业电子学”、在电力半导体器件发展推动下诞生的“电力电子学”已经走过近50年的历程而逐步成熟起来。它以优化功率变换为己任，以高效节能节材为专长，以为自动化、智能化、机电一体化服务为目标，今天已经渗透到电能的产生、输送、分配和应用的各行各业，日益显示出与微电子相似的基础高科技的一系列特点。电力电子及其应用的进程是十分艰难的。它是一种强电电子技术。正因为它通过弱电控制来同强电打交道，所以不断有越来越深层次的可靠性问题被发现、被提出，使其理论和实践的内容越来越丰富。所以，电力电子还是处于不停的发展中，蕴藏着巨大的生命力。我们从时代前进的角度，基于对过去近半世纪来的进步的回顾和当代初露端倪的新苗头，来初步展望电力电子及其应用在可以预见的今后十年的新发展。1向高电压、大电流、高速化方向发展、“各司其职”的电力半导体器件近半个世纪来，电力半导体器件出现了几十种产品，从理论、结构和工艺的创新、应用广泛和持续的视角来看，功率二极管、晶体闸流管、可关断晶闸管（GTO）和电场控制器件（IGBT为代表）是几个发展平台，从每个平台又派生出若干相关的器件来。当然，所有参数均佳的“全能冠军”式器件是不存在的。必然是适应不同的应用需要而会有不同的器件得到具体的发展；而不同的器件又会找到最适合自己特点的应用场合。1.1功率二极管[1>在现代电力电子线路装置中，除了大功率工频整流的基本功能之外，功率二极管还日益肩负起高频整流、续流、隔离、箝位、吸收等越来越多的功能。除了电压、电流的指标外，二极管的反向恢复特性成为最被关注的参数。能够能动地控制恢复电荷、恢复时间、恢复软度及其一致性的工艺技术，以及为折衷超快恢复特性与压降之间的矛盾而必须采用横向耐压的、减少表面电场的RESURF技术将会进一步成熟起来。为满足频率越来越高的高频整流和高效率的伏级低电压计算机等整流电源发展的需要，高性能肖特基二极管和用功率MOSFET组成的同步整流器将会普及应用。1.2晶体闸流管在特大功率的工频开关应用中，晶闸管以其耐压高、通态压降小、通态功耗低而应用在高压直流输电（HVDC）、动态无功功率补偿、超大电流电解等场合占有优势。今后十年，我国以三峡电站为代表的一系列西部水力发电站的建成所需的直流输电工程需要大量6500V/3000A级晶闸管；300kA电解铝设备要求用大量2500V/5000A级晶闸管。它们的动态特性，如前者的反向恢复电荷的一致性，后者的di/dt耐量高将成为必须攻克的技术细颈。此外，为解决触发绝缘的困难，要求制造这种参数的光控晶闸管用于HVDC的呼声日益高涨。第2页共10页第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共10页1.3从GTO到IGCT常规GTO因其关断增益不可能太大而必须借助于足够大的负门极电流（约为主电流的三分之一左右）实现关断。有人把GTO关断所需很大的负门极电流认为是靠门极－阴极结的反向雪崩来传导的，这种错误观点误导了不少GTO的应用者，使应用中莫名其妙地烧了不少GTO。实际上，施加负门极脉冲前，GTO必须先开通，即α1＋α2＝1被满足，在阳极电流足够大之后，才能施加负门极信号来降低门极电位，造成阳极电流的相当部分从阳极直接流向门极而减少了通过阴极即npn晶体管部分的发射结的电流，从而使门极－阴极发射结对应的电流放大系数减小，最终在α1＋α2<1时，GTO关断。这里，GTO的状态检测和识别十分重要，即只有当GTO处于通态之后才允许施加负门脉冲来关断它。否则在断态下的GTO上施加负门脉冲容易使门－阴结击穿损坏。在GTO关断时，很大的负门极电流在其体内不是来自门－阴结的反向雪崩击穿，而是来源于阳极电流的部分分流。在大...