试论电力电子器件及其应用的现状和发展

试论电力电子器件及其应用的现状和发展

韦康泽洪天淼

易事特集团股份有限公司广东省东莞市523808

摘要：电力电子器件凭借着其巨大的优势和众多的特点在众多领域中进行应用，促进了这些行业的技术进步，使其在未来中具有重要的潜力与价值。因此，我们需要对于电力电子器件应用的现状、应用中存在的问题、未来发展的趋势问题进行科学的研究与有效的分析，使得其具有的价值与能力得到不断的发展与进步，促进我国经济的发展与社会的进步。

关键词：电力电子器件；应用；现状；发展

1电力电子器件的应用现状

1.1晶闸管的应用现状

晶闸管是我国以往应用最多的电力电子器件，就传统晶闸管和现代晶闸管的比较来看，传统晶闸管都是由水银整流器和电动发电机组成而成，这种晶闸管的体积较大，且功率上并无太大亮点，而现代晶闸管与其相比较具有体积小、功率大及高效率等多项优势，在众多变流技术中占有者较高的核心地位。但是这类晶闸管的应用过程也具有一定缺陷，那就是在运行过程不能使其低频率工作，也无法关断，为此就研发出了可关断式的晶闸管，而在欧洲及日本等国家已经开始研发基于大功率、高电压的可关断晶闸管的变频器，这种变频器的研发方向主要作用于交通电车，以此促进交通发展。

1.2绝缘栅双级晶体管的应用

绝缘栅双级晶体管的研发方向主要是基于可关断晶闸管不能满足于人们的实际需求。在可关断晶闸管的广泛应用背景下，人们逐渐发觉到晶闸管在关断中会产生较高的能源耗费，这种能源浪费现象与各国提出的环保节能理念背道而驰，也是普通公民所不能接受的一项经济损失，从而对此现象产生了较强烈的争议，直到研发出绝缘栅双级晶体管才得以有效解决问题。而绝缘栅双级晶体管相比可关断晶闸管具有更高效益，于是绝缘栅双级晶体管逐渐替代晶闸管应用在电车研发中。

1.3智能功率模块的应用

随着我国科学技术的发展，人们越来越追求智能化技术，为此就在绝缘栅双级晶体管的原有基础上结合故障检测保护电路研发出智能功率模块，这种具有智能化性质的电力电子模块也是近年来各国积极倡导的应用方向。智能功率模块相比以往的功率器件有着革命性进步，其主要特点就具有温度传感功能、电流传感功能，其中电流传感功能能够不间断检测功率器件的电流情况，以保证功率器件的正常运行。不仅如此，智能功率模块还具备高电压及电流，可以极大降低能源浪费，无需设计另外的驱动电路，在应用过程就具有较高的便捷性。

2电力电子器件在应用中出现的问题

2.1电子技术创新度不足

电子技术的发展速度比较快，而且在生活中人们对电力电子技术的要求越来越高，但是电子技术的发展速度却无法和人们的欲望增长速度保持平衡，导致电力电子技术的创新度有所不足，最终使得电力电子器件的应用受到影响。另外需要提高电力电子器件的创新力度，不仅需要意识到创新对电力电子器件发展的重要性，也要提高对电力电子器件研究的资金投入，使电力电子器件更加完善。

2.2寻找器件原材料困难

电力电子技术的发展跟不上时代的需求，跟不上时代潮流的另一原因就是：电力电子器件的原材料难以寻求。想要研究出制造电力电子期间的原材料，必须要经过一系列精密的计划和缜密地分析探索研究，才有可能找到电力电子器件制造中所需要的原材料，并且，这只是开始的第一步；之后，在研究出制造电力电子器件的原材料后，还要继续研究是否这种原材料与电力电子器件相吻合，是否存在缺陷，若存在缺陷，就要立即找出问题，解决问题，而不能置之不理，若没有问题，再通过试用期后，才能够将这种原材料确认为可以使用的原材料。这是一个漫长而严谨的过程。像碳化硅这种半导体材料就是电力电子器件制造中的一种重要的原材料。在大自然中属于稀有矿物，冶炼出碳化硅也并不容易。因其具有优良的物理性质而被作为电力电子器件制造的重要原材料。碳化硅具有区别于传统原材料不耐高压、高温的特点，成为电力电子器件制造过程中的完美选择。但是它的稀有性，使得碳化硅的利用受到很多方面的限制，如成本高、产量低，技术要求高等，因此如何对这种适合电力电子器件制造的原材料实现完美的利用，需要不断地进行研究探索，从而更好地服务于电力电子器件的制造。

2.3器件研究力度不够

现在科学进步的速度逐渐加快，但是在电力电子器件的研究力度上还明显不够。这是由于研究资金、人员、时间等方面有所欠缺，使得电力电子器件的研究无法有所突破，最终导致电力电子器件的发展受到影响[1]。因此要想使电力电子器件得到有效发展，就需要提高电力电子器件的研究力度，重点解决传统电力电子器件存在的问题，使电力电子器件在市场上可以更加受到人们的欢迎，最终促进电力电子器件的发展。

3电力电子器件未来发展的趋势

3.1新型材料的发展应用

（1）氮化镓

氮化镓在实际应用中是一种优良的原材料，可以在众多领域中进行应用。由于氮化镓在开始应用时以氮化硅晶片或者是蓝宝石为其衬底材料来进行制备。因此，这种方式的应用极大提高了研究、开发、应用氮化镓的速度，使其最终产生出巨大的经济效益与社会价值。比如：我们以氮化镓在LED灯具中的应用为例子进行具体的说明。氮化镓在LED灯具中的应用使得LED灯具更加的环保、节能，可以在较长时间中进行科学有效的应用，为使用者提供更大的便利，满足其应用的需求。

（2）碳化硅

碳化硅是近些年中人们应用的一种新型宽禁带半导体材料，受到了人们普遍关注。这种材料是一种具有良好物理特性和带电性的原料，对于电力电子器件的研究与应用具有良好的效果。比如：碳化硅类型的电力电子器件具有耐高温与耐高压的特点，是对于原来应用材料存在缺陷的一种补充。但是，我们由于技术上与资金上投入的有限，还没有对于碳化硅的研究取得突破性的进展。因此，这就需要加大对其的研究投入，使得我们应用这种材料制作出众多新型的电力电子器件产品，最终在各个领域中进行应用。

3.2新型技术的发展应用

电力电子元器件在未来的应用与发展中会与众多的新型技术进行有效融合，产生出众多新型的应用模块，促进其功能的完善，性能与质量的提升。比如：标准功能模块、智能化功能模块、集成电力电子功能模块、用户专用的智能功率模块、电力电子积木模块等等。其未来一个重要的发展方向为使得电压、电流、开关频率参数获得不断提高，最终使得三者进行最佳的匹配，使得应用电力电子器件的领域技术上获得巨大发展，功能上获得有效提高，更好为经济发展做出贡献。比如：我们以近些年中发展迅速的IGBT为实际例子进行具体说明。IGBT在进行了长时间的研究与实践化应用后，不仅仅具有抗短路的能力，还可以对于开关损耗的程度进行降低、对于开关的速度进行提高，对于栅极电荷进行减小，有效的消除了“二次击穿”现象和电流擎住现象，大大提高了应用的能力。我们从其结构来讲，其结构逐渐具有模块化与复合型的功能，器件的效率与容量也在不断提升，通态压降在不断降低。随着科学技术水平的提高与我们未来经济社会发展的需求，我们需要对于电力电子器件进行有效性的创新，使其结构、制作的工艺得到不断提高，形成具有智能化与自动化发展特点的新型电力电子器件，最终使得其开关频率、电压、电流三个主要的参数指标获得提升，为促进我们经济发展而服务。

结语

综上所述，电力电子器件的应用极大促进了全球社会经济发展，使得工业生产效率得到显著提升，也为我国人民的日常生活提供了较高便利。鉴于电力电子器件对全球社会的深远影响，应着重加强对电力电子器件的研发力度，从而提高我国的科技发展速度，间接的也能提高我国在全球科技和社会经济中的竞争高度。

参考文献：

[1]盛况，郭清.碳化硅电力电子器件在电网中的应用展望[J].南方电网技术，2016，10（03）：87-90+9.

[2]赵争鸣，袁立强，鲁挺，贺凡波.我国大容量电力电子技术与应用发展综述[J].电气工程学报，2015，10（04）：26-34.

[3]肖向锋.电力电子器件产业发展战略研究[J].电力电子，2011，9（01）：6-10.