原标题：电力电子器件和电力电子变换器

　　人类有效地利用电能可以追溯到19世纪。在19世纪后半叶法拉第等人发现电磁感应现

　　象，并由麦克斯韦等人总结分析得到电磁场理论，从而奠定了近代电磁学和电工技术的基

　　础。自此之后的百年时间，人类基于电磁场理论发展出了两大工业分支:以电机和输配电为

　　代表的电力工业与以电话和无线电为代表的电信产业。这两大分支在20世纪上半叶极大地

　　自20世纪中叶以来，半导体技术得到了飞速的发展，将过去一百年间连续的、线性的

　　电工理论推广到离散的、非线性的领域。在此基础上电力工业和电信产业两大工业分支也发

　　生了深刻的变化。在电信产业领域，大量的电子元器件开始得到应用，继而产生了电子计算

　　机、集成电路和人工智能等高新技术。毫不夸张地说，现代社会被半导体技术推到了“零

　　和一”的时代。半导体技术在电信领域的巨大推动力，是由于半导体电子器件强大的信息

　　处理能力。而对于电力工业，处理的对象是能量而非信息，因此半导体技术在电力工业的影

　　响要滞后于电信领域若干年。但是蕞近几十年电力工业在半导体技术的推动下也发生了深刻

　　的变化，这就是电力电子技术的发展。

　　电力工业过去儿十年的发展依赖于电机和变压器等设备，实现电能与机械能或者电能与

　　电能的转换，这样的转换是连续的、线性的。半导体器件开始在电能变换中的应用始于功率

　　二极管器件的使用。功率二极管的基本物理原理与基于PN结的普通二极管是一致的，能够

　　正向导通电流，反向阻断电流。功率一极管可以用于将交流转换为直流的整流变换，但是只

　　应用功率二极管的电路是不控型的电路，只能实现简单的功能。1957 年，美国通用电气

　　(GE)公司发明了晶闸管(Thyristor)， 头部次改变了传统电能变换的特性。晶闸管是一种

　　固态开关器件，基于半导体硅材料，在物理结构上是P-N-P-N的四层结构。它可以实现较

　　小的导通电阻和较大的阻断电阻，并日可以通过门极控制导通。因此晶闸管可以用于可控型

　　的整流电路，实现交流-直流变换，故晶闸管俗称为可控硅(SCR)。 在此之后，晶闸管陆

　　续被应用于直流一交流变换(逆变)、交流-交流变换(变频、调压)以及直流直流变换

　　等领域。由于晶闸管的]极可控性，

　　它可以更加灵活地应用 于电能变换，并实现主

　　电力电子技术这一学科开始出现，并得到了发展。晶闸管作为第代电力电子开关器件，在数十年内主导了电力电子技术。但是它有一个

　　明显的问题:门极可以通过外部控制信号触发开通，但是无法通过门极的外部信号触发美

　　断。晶闸管要通过主电路加反向电压使电流下降为零才能关断。因此，

　　主动开关器件。为了有效地关断晶闸管，需要外接辅助换相电路，这也是早期的电力电子变

　　换技术的一个主要研究内容。为了解决这个问题，电力半导体研究人员在普通晶闸管结构上

　　进行了改进，发展出了门极关断晶闸管(GTO)。它不仅可以通过]极触发电流导通，还可

　　以通过门极触发电流关断，真正实现了开关全控。GTO器件是一种具备 主动开关能力的高

　　压大电流电力电子器件，在20世纪后期广泛地应用在轨道牵引和工业变频上。

　　GTO器件的主要问题是门极驱动通过电流触发开关，门极驱动较为困难，开关速度受

　　到限制。在GTO结构的基础上，蕞近二十年通过集成门极驱动，发展出了发射极关断晶闸

　　管(ETO)和集成门极换流可关断晶闸管(IGCT)等器件。它们的核心还是晶闸管结构，

　　但是其门极以低电感模式集成了驱动电路，对用户来说，驱动更加简单方便，开关速度也能

　　显著提高。近些年来IGCT开始应用在各类高压大容量的电能变换场合，显示出了优越的

　　构，与晶闸管同时期出现的另一种电力半导体器件是晶体管。晶体管主要包括双极结型晶体

　　管(BIT) 和场效应品体管(FET) 两种。双极结型晶休管是由两个PN结结合在一起形成

　　的PNP型或者NPN型半导体器件，通过外部输人基极电流改变其导电特性来控制外电路电

　　流，场放应品体管是通过外部施加控制电压产生电场，利用电场效应改变导电特性，从面控

　　制外电路电流。目前应用蕞广泛的场效应晶体管是

　　金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS-

　　2地话主国越开艺的原内，新型的宽然停电力电子器件中，结望端鼓应品休管

　　用于电力空换的器件是一种全控型功率器件，

　　通过基极电流控制开关，耐压与通流

　　能力强。但是其主要问题是驱动需要功事

　　种全控型功率器件，通过栅极电压控

　　，开关速度不够快。功率MOSFET器件也是一

　　器件，兼具MOSFET的开关速度快和

　　让应用于各类电能变换，包括电机控制器、返回搜狐，查看更多

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