有关电力电子技术.doc

电力电子技术是涉及电能转换和控制的核心领域，它利用半导体材料制成的功率电子器件来实现这一目标。自1957年晶闸管（Thyristor）诞生以来，该技术经历了显著的发展，催生了多种类型的器件。晶闸管是一种半控型器件，其导通由门极控制，但不能通过门极关断。 全控型器件，如门极可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET），在70年代后期迅速崛起。这些器件的特点在于，通过控制门极或基极，既能开启也能关闭器件。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在80年代后期成为焦点，它结合了GTR的大开关容量和低导通压以及MOSFET的小驱动功率、宽工作频带和大安全工作区（SOA）等优点。 90年代，集成门极换流晶闸管（IGCT）的出现，融合了IGBT的高速开关特性和GTO的高阻断电压和低导通损耗，进一步提升了性能。随着集成技术的进步，功率模块发展为智能化，包含了主电路功率器件、接口电路、保护电路（包括电流、过电压、欠电压和过热保护）和驱动电路，形成了智能模块（IPM）。更进一步，当控制电路也集成进来，就形成了功率集成电路（PIC），这是电力电子技术的重要发展方向。 脉宽调制（PWM）是电能变换控制的一种常见方式，通过固定开关周期和调整功率器件的占空比来控制输出。最初应用于直流变换，后来扩展到逆变、整流和交流变换电路。PWM技术有助于解决传统的相位控制方式在整流电路中的低功率因数和高谐波问题，同时改善了交流变换电路的性能。在交流变换中，PWM控制可以实现对电网频率、输出电压谐波和控制响应时间的优化。 软开关技术是电力电子领域的前沿研究，旨在减少开关损耗和电磁干扰（EMI）。软开关实现的技术手段包括控制型软开关电路、缓冲型软开关电路和直流谐振型软开关电路。这些技术通过优化器件开关过程，降低电压和电流应力，提高效率。高频化是软开关技术的必然趋势，但选择合适的开关频率对于减轻技术挑战至关重要。 电力电子电路通常分为主电路（功率电路）和控制电路两部分。主电路通过功率器件的开关行为完成电能转换，而控制电路负责生成控制信号以实现转换和控制。直流变换电路，如降压、升压和升/降压型，用于改变直流电能参数。根据是否需要电隔离，直流变换电路还可分为隔离型和非隔离型，隔离通常是通过变压器来实现的。 电力电子技术涵盖了器件开发、控制策略、电路设计等多个方面，持续创新推动着能源转换和控制技术的高效、智能和环保发展。随着新材料、新器件和新控制技术的不断涌现，电力电子技术将继续在能源系统、电力传输、电机驱动和电源管理等领域发挥关键作用。