一、什么是電力電子技術(shù)
廣而言之,電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。而電力電子技術(shù)又隸屬于電子技術(shù),電子技術(shù)涵蓋信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)兩種技術(shù)。此處僅對電力電子技術(shù)做一下科普,信息電子技術(shù)暫不詳談。
電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。鑒于目前常見的電力電子器件均由半導(dǎo)體材料制成,故其也稱之為電力半導(dǎo)體器件。
對于電力而言,主要涉及到的便是電力變換,而電力變換通常分為四大類:即交流變直流(AC-DC)、直流變交流(DC-AC)、直流變直流(DC-DC)以及交流變交流(AC-AC),具體如下表所示。
通常把電力電子技術(shù)分為電子電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個分支,相對而言,電子電子器件制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ),而變流技術(shù)則是電子電子技術(shù)的核心。
二、電力電子技術(shù)的發(fā)展史
電力電子技術(shù)的發(fā)展史
一般認(rèn)為,電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標(biāo)志的。但在晶閘管出現(xiàn)以前,用于電力變換的電子技術(shù)就已經(jīng)存在了。晶閘管出現(xiàn)前的時期,可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。
1947年,美國著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管,引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。對晶閘管電路的控制方式而言,其主要是相位控制方式,簡稱為相控方式。20世紀(jì)70年代后期,以門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)和電力場效應(yīng)晶體管(Power-MOSFET)為代表的全控型器件得到迅速發(fā)展。
與晶閘管電路的相位控制方式相對應(yīng),采用全控型期間的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。相對于相位控制方式,可稱之為斬波控制方式,簡稱斬控方式。
在20世紀(jì)80年代后期,以絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)為代表的復(fù)合型器件異軍突起。為了進(jìn)一步使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊,體積減小,便衍現(xiàn)形成了電子集成電路(PIC)雖然PIC是電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向,但其仍然面臨著幾大難題,如電壓隔離(主電路為高壓,而控制電路為低壓)、熱隔離(主電路發(fā)熱嚴(yán)重)、電磁干擾(開關(guān)器件通斷高壓大電流,它和控制電路處于同一芯片)等。據(jù)此在除以PIC為代表的單片機(jī)集成技術(shù)外,電力電子集成技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)是混合集成技術(shù),即把不同的單個芯片集成封裝在一起,以至于在盡量集成化的同時,著重解決了如上所述的幾大難題。除單片機(jī)集成和混合集成之外,系統(tǒng)集成也是電力電子集成技術(shù)的一個重要方向,特別是對于超大功率集成技術(shù)更是如此。
總而言之,電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。它不僅應(yīng)用于一般工業(yè),也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等。