电力电子技术是现代电力系统和电气工程中的关键组成部分,它涉及到电力转换、控制和调节等多个方面。本章节主要探讨了几种新型电力电子器件,包括静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、集成门极换流晶闸管(IGCT)、MOS控制晶闸管(MCT)以及功率模块和功率集成电路(PIC)。
1. 静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH):这两类器件都是在20世纪70年代初发展起来的,它们利用电场控制电流。SIT是一种多子导电器件,工作频率高,适用于高频大功率应用,但其使用不便且通态电阻大,限制了其广泛应用。SITH则是一种场控晶闸管,具有低通态电压和强通流能力,其开关速度高于GTO,但在制造工艺和电流关断增益上的挑战使得其应用尚未广泛展开。
2. 集成门极换流晶闸管(IGCT):这是一种结合了IGBT(绝缘栅双极晶体管)和GTO优点的器件,适用于1MW至10MW功率范围,开关频率在50Hz到2kHz之间。IGCT通过门极上的负关断电流脉冲来关断器件,其额定电流定义为最大可关断电流。尽管国内IGCT产品已初步进入应用阶段,但缺乏实际经验和成熟的设计拓扑仍是目前面临的主要挑战。
3. MOS控制晶闸管(MCT):MCT是MOSFET与晶闸管的复合器件,具有低通态电阻、高速开关、高电压、大电流和低电压降的特点。MCT元件由大量子元件构成,每个子元件包含一个晶闸管和一对控制导通和关断的MOSFET。这种结构赋予MCT高di/dt和du/dt能力,适合于高温工作环境,被视作具有广阔前景的新型功率器件。
4. 功率模块和功率集成电路(PIC):将不同功能的电路集成在同一芯片上,如高压集成电路(HVIC)、智能功率集成电路(SPIC)和智能功率模块(IPM),降低了系统成本,减小了体积,并提高了可靠性和效率。然而,集成化带来的高压与低压绝缘问题及散热处理是技术上的主要难题。
5. 电力电子器件的发展趋势:新型器件正朝着集成化、大容量方向发展。例如,IGCT和IGBT的大容量化已逐渐取代传统的器件。同时,智能化模块如IPM的广泛应用,使得电力电子系统的性能进一步提升,控制更为精确。
综上所述,电力电子技术不断创新,新型器件不断涌现,为电力系统的高效、灵活运行提供了坚实的技术支持。未来,随着材料科学和技术的进步,可以期待更多高性能、低损耗、易控制的电力电子器件问世,推动电力系统向更高效、绿色的方向发展。