电力电子器件及其应用的现状和发展

◎李杨

电力电子器件及其应用的现状和发展

◎李杨

随着经济的不断发展与进步，对于我国军事科技各个方面来讲电力电子器件的使用已经成为大势所趋，对于我国的经济发展起到非常重要的影响，使用的范围也在不断的进行延伸，各个行业对其的依赖逐渐的提升。但是我国电力电子器件在发展的过程中任然存在一些问题，在技术进步方面存在一些不足，因此需要对技术进行更加科学的管理和创新，从而更好地实现电力电子器件的进步，提升技术适用范围，促进技术的全面发展。本文主要针对电力电子器件以及应用的现状和发展进行全面的分析。

电力电子器件应用装置在各个行业的使用已经存在较长时间，例如在能源、交通、环境、激光、航母等现代化的装备中，使用范围非常的广泛，因此电力电子器件的使用和发展与我国军事科技的进步存在着必然的联系。上世纪八十年代以来，我国电子技术得到快速发展的基础上，信息电子技术和电力电子技术的进步，可以进一步提升电能的安全、高效运行，使得各个行业的使用得到更加规范化的处理，整体实现管理技术的创新与发展。可见电力电子器件技术的发展进步对技术的使用带来的影响是非常大的，可以整体的提升各个行业的科技化水平。

电力电子器件发展现状

随着经济的发展与科技的进步，我国的电力电子器件的发展速度也越来越快，特别是第二次世界大战之后，该技术的发展得到全面的推广和创新，在技术领域也获得了明显的技术优势，具体来讲电子技术分为信息电子技术和电力电子技术，信息电子技术大家较为熟悉，经常使用到现代化的信息通讯设备中，为通讯技术的进步提供非常大的便利，而电力电子技则是较多的应用到电能的传输、处理和存储控制中，对于各个行业得发展同样非常重要。

我国电力电子器件的成绩有目共睹，现今在我国的一些大型机械设备中都使用电力电子器件作为电力输送的基础设备，提升设备运行中的运行安全，使得经济效益得到全面的提升。但是在使用过程中也存在一些问题，影响电力电子器件的应用普及和推广，因此需要对这些问题进行更加全面的管理和创新，使得技术能力得到进一步的提升。

电力电子器件的应用现状

超大功率晶闸管。晶闸管是电力电子器件中的重要组成部分，并且随着使用要求的提升，功率容量也不断的扩大，最高功率等级达到(12kV，6kA)。在技术上，因为晶闸管是通过光触发的，因此可以更好地实现串联连接，提升整体功率。为了阻断13kV电压，在进行实际设计对技术进行一定的创新，采用晶闸管与二极管进行串联的方式，这样可以将13kV二极管的反向功能进行全面的恢复，使得技术得到更好的改善，但是这种设计在实际使用中造成器件无法实现自我断电，需要依靠电路自身的电流置零，因此关闭时需要浪费一定的无功功率。

我国对于晶闸管的研究出现的也较早，在企业中也得到一定的推广，并且在种类上也非常的齐全，质量控制方面也得到完善，整体水平较高。例如我国在5英寸7200V/3000A和6英寸8588V/(4000-4750A)电控晶闸管方面实现了产业化的管理和控制，并实现了高压直流输电和无功补偿等领域的进步，为今后高电压和大电流的应用提供条件。

新型GTO器件。这种器件是集成门极换流晶体管，这种晶闸管的使用可以进一步提升器件的整体工作效率，与常规的晶闸管相比较，这种类型的晶闸管在使用中的能耗更低，开关的速度非常迅速，并且安全性较高，可以更加紧凑、可靠、高效地进行器件的制造，并且成本较低，不需要在实际使用中进行串联和并联。目前来讲我国在进行该设备的制造中，技术已经达到较好的水平，电压可以达到9kV/6kA的研制水平，并在市场上进行供应，使得其具有非常广泛的发展前景。该器件如果使用到串联设备中，就可以对逆变器功率进行扩展，范围可以到达100MVA，从而实现高功率高电压低频变流器的技术革新，成为优选器件，在使用中可以克服GTO在实际使用中的门极驱动问题，但是在实际使用中因为包含大量驱动用储能电容器，需耗费较高的功，使得系统总效率较低。

IGBT器件。这种器件最早出现在十九世纪八十年代，属于绝缘门极双极型晶体管，自使用以来就在电力电子器件中占据重要地位，并且10-100kH中压中使用较为广泛，该器件在使用中需要通过开通和管段可以通过门极进行工作比较容易实现驱动，并且耗费的功率较少，因此在使用中成本较低。实际构造中该器件内包含较多芯片，一个典型的3300V/1200AIGBT 模块中就具有60块 IGBT裸芯片和超过 450根连线，将其并联在固定的衬底上可以更好地保证器件具有较好的导热和绝缘效果，更加容易安装到散热器中。但是这种方式在封装上存在一些问题，采用单面冷取的方式会造成器件在安装过程中的损毁情况，因此需要研究双面冷却技术，提升设备安全可靠性。

IGBT器件在使用中的优势显而易见，可以更加安全的对整体电路进行保持，但是其中也存在一些缺陷，毕竟这种高的导通性质造成设备的损耗进一步增加，容易出现器件的损毁和开路的情况，对器件的使用存在一定的制约。

电子注入增强栅晶体管与氧化硅器件。这种晶体管包含了IGBT和GTO两者的优势，可以在使用过程中实现低饱和降压，将器件的工作频率进行提升，并且在实际工作中该器件采用的是平安压接式电极引出结构，因此在散热方面的性能较好，进一步减少器件在使用中的损耗。

氧化硅材料在使用中具有自身明显的优势，可以更高地击穿电场强度，并且最高温度可以达到600℃，这些特性的使用可以为器件得发展提供更加全面的技术保证，目前该技术已经在商业领域得到全面的应用，并且取得的成绩也非常令人瞩目，通过自身具有高压的特性，突破硅基功率半导体器件电压和温度限制所导致的严重系统局限性，并且随着高压氧化硅器件的温室，技术得到进一步推广，已经出现了19.5KV的氧化硅二极管，并且在市场上得到更加全面的推广，在质量和技术上得到认可。但是目前氧化硅晶体还存在一些缺陷，在电压使用范围和中压驱动方面存在一些不足，需要技术进步的发展。

电力电子器件应用中存在的问题

创新能力不足。电子技术的更新换代速度非常快，但是在实际研发工作中我国自主研发能力存在严重不足，电子技术的发展与市场需求之间存在脱节的情况，造成电力电子器件的应用存在一些问题，发展创新无法与市场吻合，导致研发的产品市场竞争力存在严重的问题。

材料资金方面存在问题。电力电子技术的发展速度之所以受到限制首先是原材料方面存在问题，新型的原材料在使用之前需要进行大量的实验，对材料的性能进行全面的检查，还需要进行更加科学的测试，这样的过程需要耗费大量的时间和资金，对技术的要求较高，在实际操作中存在困难。其次在进行研究的过程中，资金、时间和人力方面存在严重的不足，造成实际研究停滞不前，影响电力电子器件的进步。

电力电子器件应用创新

实现多学科渗透。电力电子器件的创新难度在高电压功率，技术的综合难度较大，在材料和制造工艺上存在一些问题，因此可以采用多学科相互渗透的方式，对各个工业领域进行一定的渗透，加强过国家基础产业之间的联系，对国家发展的各项方针政策以及产业政策进行结合，从而实现研究中各项能力的进步，为项目研究获得更多的资金和技术支持，形成产业链效应，推动电力电子器件技术进步。

产、学、研结合。我国进行电力电气器件的研究需要结合国情，认真分析与发达国家之间的差距，将产、学、研结合整体结合起来，重视整体创新能力的培养，通过交叉学科之间的相互渗透，从器件开发选择和电路结构方面进行创新，将新型材料使用其中，从而全面的推动技术的创新，并加快技术基础知识的循环，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术有以长足的发展，并形成一个全新的朝阳产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗放型经营走向集约型，促进技术的整体进步。

电力电子器件在我国各个行业的使用得到推广，重要性逐渐的凸显出来，因此需要不断地对技术进行创新，对现阶段出现的技术以及存在的问题进行分析，找出其中的缺陷，对技术进行完善，从而实现技术的整体进步，保证电力电子器件的使用质量，推动电力电子器制造工艺的技术进步，提高器件的可靠性，实现技术发展。

（作者单位：海南工商职业学院）