课程报告
现代电力电子技术的发展、现状与未
来展望综述
学院：电气工程学院
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0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。
1 电力电子技术的发展［1］
电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。
1.1半控型器件（第一代电力电子器件）
上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。
1.2全控型器件（第二代电力电气器件）
随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。
1.3电力电子器件的新发展
为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合了MOSFET
和GTO两种器件的特点。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，给应用带来了很大的方便。后来，又把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。功率集成电路代表了电力电子技术的一个重要发展方向。
近年来，在高压硅器件领域，世界各国的研究者关注的重点是利用新结构、新工艺去突破极限，挖掘潜力，努力推进各类器件性能的进一步改善，包括在获得合理通态电阻的前提下研制耐压更高的超结器件。比如，ABB公司在2008年IEEE功率半导体器件及集成电路会议（International Symposium on Power Semicon?ductor Devices and Ics，缩写为ISPSD）上报道了该公司新研制的逆导型IGBT（RC-IGBT），耐压高达3300 V。这种RC-IGBT是在阳极（或集电极）设置N+短路区，CE反偏时即可将P阱处P-N结的电流引出，构成与IGBT共享导电体积的反并联二极管。该结构优化了IGBT和内集二极管的性能，并且使二者通态电压均实现了正温度系数，制成的1 cm2芯片的额定电流为62.5A，模块的额定电流高达2250 A。
1.4基于新型材料的电力电子新器件
从晶闸管问世到各种高性能IGBT的出现，电力电子器件经过几十年的发展基本上都表现为对器件结构原理和制造工艺的改进和创新，在材料的应用上始终没有突破硅的范围。随着硅材料和硅工艺的日趋完善，各种硅器件的性能逐步趋于其理论极限。而现代电力电子技术的发展却不断对电力电子器件的性能提出了更高的要求，尤其是希望器件的功率和频率得到更高程度的兼顾。因此，越来越多的电力电子器件研究工作转向了对应用新型半导体材料制造新型电力电子器件的研究。结果表明，就电力电子器件而言，硅材料并不是最理想的材料，比较理想的材料应当是临界雪崩击穿电场强度、载流子饱和漂移速度和热导率都比较高的宽禁带半导体材料，这种材料比较典型的有砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)等。目前，随着这些材料的制造技术和加工工艺日渐成熟，使用宽禁带半导体材料制造性能更加优越的电力电子新器件已成为可能[3]。21世纪初，碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)首先揭开了碳化硅器件在电力电子领域替代硅器件的序幕。随后，高耐温、高耐压的碳化硅场效应器件、碳化硅IGBT、碳化硅双极型器件纷纷出现，预示着不远的将来集高电压、大电流、高工作频率等优点于一身的新型器件即将诞生。
2 现代电力电子技术的应用
现代电力电子技术是高效节能、节约原材料、实用性极强的高新技术，具有广阔的应用空间。不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明，空调等家用电器及其他领域中也有
广泛的应用。现就两个重要的应用领域加以阐述。
2.1一般工业
工业中大量应用各种交直流电机，全世界用电量有60%左右是电动机消耗掉的。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，随着交流变频调速技术的发展，交流调速传动开始大量应用并占据主导地位。用于交流变频调速的变频器更离不开电力电子技术。不仅如此，电化学工业中大量使用的直流电源也是由电力电子装置提供的；冶金工业中的高频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等都要用电力电子技术。
2.2电力系统
电力电子技术在电力系统中的应用表现在发电、输电、配电、用电的各个环节。（1）发电环节。电力电子技术在发电环节中的应用，一方面表现在改善传统发电设备的运行特性上，比如大型发电机的静止励磁采用晶闸管整流并励方式时具有结构简单、可靠性高及造价低等优点；另一方面表现在风能、太阳能并网发电等新能源利用上，比如太阳能电池阵列直流电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功能的逆变器。（2）输电环节。高压直流输电技术在远距离输电时优越性很多。1970年，世界第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，标志着电力电子技术正式用于直流输电。其后，随着全控型器件的出现及PWM控制技术的成熟，新一代HVDC技术应用越发广泛。基于电力电子技术用于改善电网环境的有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）也获得实际应用[3].技术与现代控制技术结合的柔性交流输电技术（FACTS）对电力系统电压、参数、相位角、功率潮流的连续调控可大幅降低输电损耗，提高输电能力和系统稳定水平。近年来，柔性交流输电技术（FACTS）已在美国、日本、瑞典、巴西等国获得实际应用，国内也有深入研究和发展；（3）配电及用电环节。用户电力（Custom Power，简写为CP）技术是电力电子技术和现代控制技术在配用电系统中的应用，它和FACTS技术原理相同，主要用于加强供电可靠性和提高供电质量。典型的CP产品有动态电压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）、故障电流限制器（FCL）、统一电能质量调节器（UPQC）等。
3 现代电力电子技术发展趋势及应用前景
电力电子技术从诞生到发展壮大到有今日的辉煌, 经历了十分艰难的发展历程。电力电子技术从本质上讲属于强电电子技术的范畴, 但是完成强电变换的主回路要用弱电来实现智能化、数字化和最优化控制, 这样就会不断有各种层次的问题在工程实践中被发现、被提出,提出的这些问题正是电力电子学理论发展和新型器件诞生的强大推动力。电力电子装置的研发必须解决元器件选择、主电路拓扑设计、控制方案设计及优化、电磁兼容设计、结构布局和传热设计、可靠
性及冗余设计直至工程实施等一系列技术难题。电力电子技术的发展也离不开相关理论与基础工业的支撑。下面,我们从技术发展的角度, 基于对电力电子技术从诞生到发展的回顾以及目前崭露头角的新苗头, 来初步展望电力电子技术及其应用在今后五至十年内可能出现的新发展。、
3.1 新型大功率高耐压半导体器件
功率MOSFET 、IGBT (绝缘栅双极性晶体管)、IGC T(集成换流型晶闸管)、IEGT(注入增强栅晶体管)、IPM(智能IGBT 功率模块)等新型器件的开发使用使得大功率电力电子装置的高频化成为可能。超快恢复功率二极管, MOSFET 的同步整流技术的开发使得大电流低电压(1 -3V)输出的高频开关电源的研制突破了瓶颈。今后功率半导体器件将继续向提高性能、集成化方向发展,由单片集成向高组装密度的混合集成方向发展, 新型整机合一的集成智能模块, 将全面推广应用。此外, 新型碳化硅半导体器件亦会出现, 并将得到普遍应用。
3.2 软开关技术及应用
软开关技术的诞生、发展和应用使得电力电子装置和电子电源的高效率、高可靠、高频化和小型轻量化真正成为可能。这一技术给电力电子学和开关电源带来了一次真正意义的革命。今后, 软开关技术将日臻完善, 电力电子装置主电路拓朴的结构、参数和相关控制方案的优化将由更加成熟的仿真技术和计算机辅助工程来完成, 使高频变换器的变换频率、效率和可靠性进一步提高, 一种全新的中转母线配以直接安装在功能插件上的微型VTM 功率晶片(电压转换模块)的供电方案将会在工程中推广应用。
3.3全面控制电气参数的变换, 实现电能的波形重组
一切电力电子装置其实质都是为了将输入装置的电气参数, 变换成用户所需的输出电气参数。最基本的电气参数有:电压、电流、频率、相数以及波形等。随着现代控制理论和控制技术研究的进展,DSP 、微处理器和一些超大规模专用控制芯片已成为许多电力电子变换装置控制环节的核心, 再加上半导体技术的进步, 使得电能波形的全面重组和优化成为可能。也使得高效率用电和高品质用电成为可能。无电磁污染的“绿色”电力电子装置,将会被越来越多地投入应用。
3.4大容量静止无功发生器(SVG)
SVG 是现代柔性交流输电系统中最基础、最重要的装置之一, 也将是21 世纪电力系统的三项重大变革之一。SVG 是现代电网进行无功调节的主要手段, SVG 的并网使用将大大提高系统的暂态和动态稳定性, 提高电网电压的稳定性、有效减少电力系统的故障范围, 同时还可在不增建新发电厂和不增加输电通道的条件下增加供电和输电能力, 我国±20MVA 的SVG 已投入使用, ±50MVA的SVG 正在研制, ±100MVA 的SVG 已进行可行性论证。
3.5电机节能调速系统
电动机拖动系统要消耗全国用电量的62 %左右, 既是第一用电大户, 也是节能潜力最大的用户。我国政府在本世纪初提出了电机系统节能计划, 在今后五年内, 将投入500 亿元, 争取年节电达1000亿KWH , 这是一项十分艰巨的任务, 特别是作为国民经济各重要行业中所用到的中电压(1 -10KV)大功率(400 -2000KW)电机系统, 实现调速节能还有许多复杂的问题有待解决。实现大功率和中小功率电机系统的节能调速, 被普遍看好的途经是采用IGBT 构建的多电平、级联式、无污染的变频器。近些年出现的永磁无刷电动机及其“直流变频”调速系统在电机的调速性能和节能效果等方面都显示出极强的生命力。它的显著特点是用永磁代替外电激磁(仅此即可节电 4 -8 %), 用提取转子的位置信号来控制的电子换向替代电刷换向, 这种拖动系统调速范围宽、低速转矩大、启动迅速, 因而可免去许多场合下使用的齿轮变速箱或皮带传动, 大大减少噪声。因此这种永磁无刷电动机的“直流变频”调速系统已在许多领域取代交流异步电动机的变频调速系统, 在发达国家, 已广泛应用于工业、军工以及家用电器等领域, 特别是已成功应用于先进的水中武器-电雷的动力驱动系统之中, 我国在这一领域起步稍晚, 但发展势头良好。此外, 中小功率的无刷电机及调速系统的科研、生产以及在工业、家电等领域的应用都非常活跃, 前景看好。
3.6给新型微处理器供电的新一代低电压大电流稳压电源模块(VRM)
随着半导体工业的飞速发展, 各种微处理器和超大规模集成电路的集成密度越来越高, 更新换代周期越来越短, 这就要求为之供电的稳压电源模块能迅速适应飞速发展的要求, 以满足各种快速微处理器、数据处理系统、服务器、工作站等等设备的要求。英特尔公司从1989 年推出486 到1997 年推出奔腾4 , 平均二年更新一次, 给微处理器供电的电压越来越低, 所需电流越来越大, 以奔腾4 为例,其供电电压为1 .6V(在1 .1 -1 .85V 间可调), 额定工作电流为60A , 据报导, 到2010 年超大规模集成电路的供电电压将降低到0 .5 ∽0 .9V , 而输出电流则增大到100 -200A , 将给为之供电的VRM 提出更高的要求和挑战。现代V RM 的关键技术是采用MOSFET 同步整流技术(还期待MOSFET 性能的进一步提高)和多通道BUCK 变换技术以及寄生参量的控制、控制策略优化等等。
当前,电力电子技术已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。理论和实验证明电气产品的体积与质量反比于供电频率的平方根，频率提高对其设备的制造省材，运行节能和系统性能改善(尤其对航天工业)意义十分深远。电力电子器件高频化是其创新的主导方向，硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势。目前先进模块已和包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元且均以器件标准化和产品系列化，其一致性与可靠性达到极高水平。现
日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的IPM智能化功率模块产品推出。电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展而应用领域更加广泛，应用性能更加完善可靠，并引起了电力系统的重大变革，新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿。
3.7非电磁感应电源变换技术
传统的开关电源和大多数电力电子变换装置都要采用电磁感应变压器来完成能量传递和原付边的电隔离, 电磁感应变压器的应用同时会带来电磁噪声的传递及电磁兼容等问题, 非电磁感应开关电源的显著优点是极大地改善了电磁兼容性能, 几乎不产生电磁污染、变换效率高以及利于集成化、小型模块化, 是一项极有前途的电源变换技术。目前, 世界各国都在至力于研究并应用所谓的“非电磁感应电源变换技术” , 最近推出的典型产品有美国ASTRODYNE 公司的DRL 系列开关电源系列:电源的输入电压范围:85Vac ∽ 265Vac , 输出电压:5V ∽48V , 输出功率:从25W 至320W。
3.8电力电子学领域还将继续面对下列技术问题
如何进一步提高电力电子变换装置和系统的电磁兼容性;为了构造高可靠性不断电的开关电源供电系统, 如何更好地解决多个开关电源间的并联冗余、负载分配控制、带电拨插、故障隔离报警以及如何减少由于并联冗余运行带来的附加电压和功率损耗;新型高性能磁性材料和器件的开发以及在电力电子变换系统中的应用等等。
参考文献
[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 吴郁.2008年IEEE功率半导体器件及集成电路国际会议评述[J].电力电子，2009（2）：6-16.
[3] 王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.
电力电子技术的发展史 电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog (模拟) 电子技术和 Digital (数字) 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。 目录 电力电子技术 现代电力电子技术 高频开关电源的发展趋势 半导体器件基础 电路发展 1．电力电子技术发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
2.1 试说明功率二极管的主要类型及其主要工作特点。 2.2 人们希望的可控开关的理想特性有哪些？ 2.3 阅读参考文献一，说明常用功率半导体器件的性能特点及其一般应用场合。 2.4 说明MOSFET和IGBT驱动电路的作用、基本任务和工作特点。 3.1 什么是半波整流、全波整流、不控整流、半控整流、全控整流、相控整流？ 3.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流移位因数（基波功率因素）和整流输入功率因数？ 3.3 简述谐波与低功率因数（电力公害）的危害，并说明当前抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。 4.1 画出降压换流器（Buck电路）的基本电路结构，简要叙述其工作原理，并根据临界负载电流表达式说明当负载电压VO和电流IO一定时，如何避免负载电流断续。 4.2 画出升压换流器（Boost电路）的基本电路结构，推证其输入/输出电压的变压比M表达式，说明Boost电路输出电压的外特性。 4.3 画出升降压换流器（Buck-Boost电路）的基本电路结构，说明电路工作原理，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 4.4 画出丘克换流器（Cuk电路）的基本电路结构，说明电路工作原理及主要优点，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 5.1 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？幅值调制率ma和频率调制率mf的定义是什么？ 5.2 逆变器载波频率fs的选取原则是什么？ 5.3 简要说明逆变器方波控制方式与PWM控制方式的优缺点。 5.4 画出三相电压型逆变器双极性驱动信号生成的电路原理图，指出图中各变量的含义，简要叙述其工作原理。 6.1 柔性交流输电系统（FACTS）的定义是什么？FACTS控制器具有哪些基本功能类型？ 6.2 什么是高压直流输电（HVDC）系统？轻型高压直流输电系统在哪些方面具有良好的应用前景？ 6.3 晶闸管控制电抗器（TCR）的基本原理是什么？晶闸管触发控制角α<90°与α=90°两种情况下等效电抗是否相等，为什么？ 6.4 作图说明静止无功发生器（SVG）的工作原理与控制方式，分析其与5.4节所述三相逆变器的异同点？ 6.5 简要说明有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）的基本功能和系统组成？ 6.6 阅读参考文献三，简要说明当前在风力发电技术领域中运用的储能技术、输电技术以及滤波与补偿技术？
电子封装技术发展现状及趋势 摘要 电子封装技术是系统封装技术的重要内容，是系统封装技术的重要技术基础。它要求在最小影响电子芯片电气性能的同时对这些芯片提供保护、供电、冷却、并提供外部世界的电气与机械联系等。本文将从发展现状和未来发展趋势两个方面对当前电子封装技术加以阐述，使大家对封装技术的重要性及其意义有大致的了解。 引言 集成电路芯片一旦设计出来就包含了设计者所设计的一切功能，而不合适的封装会使其性能下降，除此之外，经过良好封装的集成电路芯片有许多好处，比如可对集成电路芯片加以保护、容易进行性能测试、容易传输、容易检修等。因此对各类集成电路芯片来说封装是必不可少的。现今集成电路晶圆的特征线宽进入微纳电子时代，芯片特征尺寸不断缩小，必然会促使集成电路的功能向着更高更强的方向发展，这就使得电子封装的设计和制造技术不断向前发展。近年来，封装技术已成为半导体行业关注的焦点之一，各种封装方法层出不穷，实现了更高层次的封装集成。本文正是要从封装角度来介绍当前电子技术发展现状及趋势。
正文 近年来，我国的封装产业在不断地发展。一方面，境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，拉动了封装产业规模的迅速扩大；另一方面，国内芯片制造规模的不断扩大，也极大地推动封装产业的高速成长。但虽然如此，IC的产业规模与市场规模之比始终未超过20%，依旧是主要依靠进口来满足国内需求。因此，只有掌握先进的技术，不断扩大产业规模，将国内IC产业国际化、品牌化，才能使我国的IC产业逐渐走到世界前列。 新型封装材料与技术推动封装发展，其重点直接放在削减生产供应链的成本方面，创新性封装设计和制作技术的研发倍受关注，WLP 设计与TSV技术以及多芯片和芯片堆叠领域的新技术、关键技术产业化开发呈井喷式增长态势，推动高密度封测产业以前所未有的速度向着更长远的目标发展。 大体上说，电子封装表现出以下几种发展趋势：（1）电子封装将由有封装向少封装和无封装方向发展；（2）芯片直接贴装（DAC）技术，特别是其中的倒装焊（FCB）技术将成为电子封装的主流形式；（3）三维（3D）封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径；（4）无源元件将逐步走向集成化；（5）系统级封装（SOP或SIP）将成为新世纪重点发展的微电子封装技术。一种典型的SOP——单级集成模块（SLIM）正被大力研发；（6）圆片级封装（WLP）技术将高速发展；（7）微电子机械系统（MEMS）和微光机电系统（MOEMS）正方兴未艾，它们都是微电子技术的拓展与延伸，是集成电子技术与精密
HefeiUniversity 合肥学院电力电子技术课程综述 系别：电子信息及电气工程系 专业：自动化 班级： 姓名: 学号：
目录 摘要： (3) 绪论 (4) 1.1电力电子技术简介： (4) 1.2电力电子技术的应用： (4) 1.3电力电子技术的重要作用： (5) 1.4电力电子技术的发展 (5) 本课程简介 (6) 2.1电力电子器件： (6) 2.1.1根据开关器件是否可控分类 (6) 2.1.2 根据门极)驱动信号的不同 (6) 2.1.3 根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器 件和复合型器件。 (6) 2.2 DC-DC变换器 (7) 2.2.1主要内容： (7) 2.2.2直流-直流变换器的控制 (7) 2.3 DC-AC变换器（无源逆变电路） (8) 2.3.1电压型变换器 (8) 2.3.2电流型变换器 (8) 2.3.3脉宽调制(PWM)变换器 (9) 2.4 AC-DC变换器（整流和有源逆变电路） (9) 2.4.1简介 (9) 2.4.2工作原理 (9) 2.5 AC-AC变换器 (10) 2.5.1 简介 (10) 2.5.2 分类 (10) 2.6 软开关变换器 (10) 2.6.1分类 (10) 2.6.2 重点 (10) 总结 (11) 参考文献 (11)
摘要：电力电子技术是在电子、电力与控制技术上发展起来的一门新兴交 叉学科，被国际电工委员会（IEC）命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。近20年来，电力电子技术已渗透到国民经济各领域，并取得了迅速的发展。作为电气工程及其自动化、工业自动化或相关专业的一门重要基础课，电力电子技术课程讲述了电力电子器件、电力电子电路及变流技术的基本理论、基本概念和基本分析方法，为后续专业课程的学习和电力电子技术的研究与应用打下良好的基础。 关键词：电力电子技术控制技术自动化电力电子器件 Abstract: Power electronic technology is in Electronics, electric Power and control technology developed on an emerging interdisciplinary, is the international electrotechnical commission (IEC) named Power Electronics (Power Electronics) or called Power electronic technology. Nearly 20 years, power electronic technology has penetrated into every field of national economy, and have achieved rapid development. As electrical engineering and automation, industrial automation or related professional one important courses, power electronic technology course about power electronics device, power electronic circuits, the basic theory of converter technology, the basic concept and basic analysis for subsequent specialized course of study and power electronic technology research and application lay a good foundation. Keywords:Power electronic technology control technology automation power electronics device
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
浅析电力电子技术的发展及应用 张友均 摘要：本文主要简要回顾了电力电子技术的发展史，简述了电力电子在电力系统中的一些应用及发展趋势。关键词：电力电子技术；发展史；电力系统；应用；发展趋势 1 引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？美国电气与电子工程师协会下设的电力电子学会对“电力电子技术”的阐述是：有效的使用电力半导体器件，应用电路设计理论以及分析开发工具，实现对电能高效能变换和控制的一门技术。对电能的高效能变换和控制包括对电压，电流，频率或波形等方面的变换。它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 2 电力电子技术的发展史 电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频( 50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解) 、牵引(电气机车、电传动的
现代电力电子技术第1次作业 二、主观题(共12道小题) 11.电力电子技术的研究内容？ 答：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12.电力电子技术的分支？ 答：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13.电力变换的基本类型？ 答： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14.电力电子系统的基本结构及特点？ 答： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。' 15.电力电子的发展历史及其特点？ 答：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16.电力电子技术的典型应用领域？ 答：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17.电力电子器件的分类方式？ 答： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18.晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 答：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。
19.维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 答：I L__〉____I H 21.整流电路的主要分类方式？ 答： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。 22.单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。 答：180o 现代电力电子技术第2次作业 二、主观题(共12道小题) 11.单相全控桥式整流阻性负载电路中，晶闸管的移相范围________。 答：0-180o 12.有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须与整流时输出的极性___ ________，且满足|Ud|<|Ed|。 答：相反 13.
电气工程的发展现状与发展趋势 一.电气工程的发展现状： 概论：我国电力工业正以“大机组，大电网，高电压，高参数，高度自动化”等“三大三高”的现代电力系统的模式超长规模的建设与发展，因此对工程技术设计人员的素质和能力提出了更新和更高的要求。未来的几十年，我国电力系统和电气工程会依然保持较快发展趋势，光伏发电和其他可再生资源将得到快速发展，新的电力电子技术，电工材料，计算机及网络技术，控制与管理手段具有巨大影响潜力。 1.电机的驱动及控制： 逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展，这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。 电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显着进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器，这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。：目前，异步电动机矢量控制技术、直接转矩控制技术乃至无传感器的直接转矩控制技术已实用化。 2.电力电子技术的应用： 半导体的出现成为20世纪现代物理学的一项最重大的突破，标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要，促使半导体器件自此分别向两个分支快速发
展，其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件，而另一类就是电力电子器件，特点是功率大、快速化。自20世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。 电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。 传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。以功率MOS-FET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。 20世纪以来，电力电子作为自动化、节材、节能、机电一体化、智能化的基础，正朝着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的现代化方向发展。3.电力系统及其自动化控制： 电力系统自动化即对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/c311019353.html, 电力电子技术在我国的发展现状及对策 作者：冯茂娥 来源：《商场现代化》2009年第28期 [摘要] 文章阐述了电力电子的含义和任务,分析了电力电子技术目前在我国的发展、应用现状和存在的问题,指出在我国建立一个自主创新的、强大的、达到世界先进水平的电力电子 产业是十分迫切和重要的,并提出了相应的对策。 [关键词] 电力电子技术现状对策 一、引言 我国是一个发展中的国家,目前尚处于前工业化阶段,传统产业仍然是我国国民经济的主力军,因此在近期或在较长一段时期内,传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱,这些产业技术水平 的高低直接关系到我国工业基础的强弱。特别是,近年来随着经济的稳步发展,巨大的电力缺口与人们对电力的强烈需求之间的矛盾越来越明显。由于我国常规能源资源的有限性和环保的巨大压力,能源建设必须走节电和开发利用可再生能源之路,这就决定了在今后相当长的一段时期内,我国国民经济的发展和巨大的用户市场对电力电子技术具有巨大的、持久的需求,这就意味着我国电力电子和电力传动产业面临着良好的机遇。 今后世界市场的竞争主要表现为高新技术的竞争,谁拥有电力电子这种先进的高新科技产品,谁就掌握竞争的优势。面临我国已加入世贸组织和必须适应国际大循环的形势,我们面临着严峻的挑战,因为总体说来我国当前电力电子技术的水平落后于国际先进水平,远远跟不上我国国民经济发展的需要,特别是还面临着国外产品严重冲击,因此,我们必需清醒地认识到这一挑战并且要勇敢地面对。 二、电力电子的含义和任务 从学科的角度讲,电力电子的主要任务是研究电力电子(功率半导体)器件、变流器拓扑及其控制和电力电子应用系统,实现对电、磁能量的变换、控制、传输和存贮,以达到合理、高效地使用各种形式的电能,为人类提供高质量电、磁能量。电力电子的研究范围与研究内容主要包括:(1)电力电子元、器件及功率集成电路。(2)电力电子变流技术,其研究内容主要包括新型的或适用于电源、节能及电力电子新能源利用、军用和太空等特种应用中的电力电子变流技术;电力电子变流器智能化技术;电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等。(3)电力电子应用技术,其研究内容主要包括超大功率变流器在节能、可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力 牵引、舰船推进中的应用;电力电子系统信息与网络化;电力电子系统故障分析和可靠性;复杂电
现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述
课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院：电气工程学院 姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/c311019353.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/c311019353.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装臵,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子的诞生。
第2章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除 触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17.双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 二、电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压
和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1、整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
浅议现代汽车电子技术的应用现状及发展趋势 随着科技的发展，现代电子技术在汽车上的应用也越来越广泛，增加了汽车功能，使得汽车更加人性化、智能化。汽车作为一种交通工具，它属于高技术产品，对于这种行业来说，电子化程度的高低是衡量汽车先进水平的一个重要标志，为此，加大现代汽车电子技术的研究与应用有着重大意义。 标签：现代汽车；电子技术；应用现状；发展趋势 一、现代汽车电子技术应用现状 现阶段，汽车电子技术发展快速，技术水平成熟。汽车产业的迅速发展，先进技术在汽车产业的应用更加常态化。卫星定位系统已经应用到电子信息技术中，特别是在一些高品牌汽车，人们享受着汽车电子服务带来的便捷并逐渐融入到人们生活中。人们在开车时可以观看视频、听CD播放、卫星定位、发送邮件等，为人们提供了便利生活。 1.1电子产品市场发展空间较大 汽车安全装置中，ABS系统与ASR系统是其重要结构。汽车在行驶时，ABS 系统能够避免汽车制动过程中车轮被抱死，该系统的应用有效解决了车轮运营被抱死，故障发生。ABS系统设计过程中通过路面和轮胎之间的摩擦力，提升了车辆制动可操作性与方向控制，防止出现追尾、侧滑问题，拉近了制动距离。经过汽车制动系统与控制发动机转矩途操控驱动力，成为ASR系统的结构原理。汽车发动过程中，缩减由于加速引发汽车驱动力，避免路面和轮胎驱动力摩擦发生车轮空转打滑状态，确保汽车的方向可操作性使汽车运营处于最佳驱动力状态。 1.2电子导航成为汽车电子技术发展标志 电子导航是电子地图与GPS接收机重要结构，利用导航系统定位发挥GPS 接收卫生信号功能。经过计算汽车经纬度位置和计算机电子地图辨别对应后，自主匹配；计算机系统内显示汽车运营方向与运行轨道，便于人们掌握汽车驾驶状态。另一方面，电子导航系统还具有交通监理监控与车辆定位、导航服务。 1.3防盗系统应用前景广阔 现如今，汽车盗窃已经屡见不鲜，而防盗已经成为人们普遍关注的问题。由此，汽车防盗技术成为汽车电子技术发展的重要标准；防盗系统的使用有助于提升汽车安全性，将防盗系统安装与电动车、货车上能够提升车辆安全性，避免被盗。由于其具有一定防盗性能推动了防盗产品的发展，电子防盗产品包含机械式电子防盗产品、电子式、GPS式防盗系统，在今后发展中将逐年增长，在汽车防盗市场发挥了重要作用。
电力电子的现代运用 半导体的出现成为20世纪现代物理学的一项最重大的突破，标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要，促使半导体器件自此分别向两个分支快速发展，其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件，而另一类就是电力电子器件，特点是功率大、快速化。自20世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。 电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。 传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。 1.整流器时代 在60年代到70年代被称为电力电子技术的整流时代。该期间主要是大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用。1948年的晶体管的出现引发了电子工业革命，半导体器件开始应用与通信领域，1957年，晶闸管的诞生扩展了半导体器件功率控制范围，属于第一代电力电子器件。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，当地办硅整流器厂逐渐增多，大功率的工业用电由工频50Hz）交流发电机提供，其中电解、牵引、和直流传动是以直流形式消费。 2.逆变器时代 20世纪70年到80年代期间成为逆变器时代，该期间的电力电子技术已经能够实现逆变，但是仅局限在中低频范围内。当时变频调速装置因为能节能大量普及，巨型功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）和大功率逆变用的晶闸管成为当时电力电子器件的主流。它们属于第二代电力电子器件。 3.变频器时代 进入80年代，功率MOSFET和绝缘栅极双极晶体管（IGBT）的问世，电力电子技术开始向高频化发展，高压、高频和大电流的功率半导体复合器件为第三代电器元件的大规模集成电路技术迅速发展，他们的性能更进一步得到了完善，具有小、轻和高效节能的特点。 4.现代电力时代 20世纪以来，电力电子作为自动化、节材、节能、机电一体化、智能化的基础，正朝着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的现代化方向发展。在1995年，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件出现并广泛被人们应用，功率器件和电源单元的模块
电力电子技术和开关电源的发展历程 1. 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 1.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 1.3 变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT 的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。 2. 现代电力电子的应用领域 2.1 计算机高效率绿色电源 高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。 计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。 2.2 通信用高频开关电源