中國電工技術學會電力電子學會副理事長兼秘書長白繼彬
電力電子技術是實現(xiàn)高效節(jié)能節(jié)材、改造傳統(tǒng)產業(yè)并促進機電一體化的關鍵技術，它是弱電控制與強電運行之間、信息技術與先進制造技術之間的橋梁，是我國國民經濟的重要基礎技術，是現(xiàn)代科學、工業(yè)和國防的重要支撐技術。電力電子器件是電力電子技術的基礎和核心，電力電子技術的不斷發(fā)展都是圍繞著各種新型電力電子器件的誕生和完善進行的。信息電子應用以及汽車電子、家用和便攜式電器，將成為今后電力電子最主要的應用方向。
電力電子集成技術是研究熱點
功率集成技術的迅速發(fā)展使電力電子器件在集成化方面出現(xiàn)了一個新的分支———高壓集成電路(亦即功率集成電路)。它使計算機的輸出獲得了一個直接聯(lián)系到負載的“功率接口”。所謂功率集成技術包括隔離技術、場緩和技術、相輔化技術、復合技術、邏輯電路和驅動電路技術。這些技術是各種集成或復合型器件的基礎技術。當前，功率集成電路不僅作為接口，還可以直接用于許多方面，因而有廣泛的產品市場。當然，在便攜電子產業(yè)領域，人們更愿意把那種以節(jié)電為核心的功率變換技術稱為“電源管理”。
將電力電子稱為電源管理，更加強調了集成電路的管理(處理)作用。從應用的角度來看，是更強調了服務于4C的電力電子，或者說是大量應用于便攜式電器的電力電子、電機控制、汽車電子及節(jié)能型照明所需的電源，這些都屬于高效而又能量集中的電源。高功率密度的需求又導致了電力電子集成技術的產生。
電力電子集成是通過高密度混合集成和多層互連，將電力電子系統(tǒng)中主電路、傳感、控制、驅動、保護、通信接口等全部電路和元件都集成到一起，形成具有通用性的標準化電力電子組塊(PowerElectronicBuildingBlock—PEBB)，用以構成各種不同的應用系統(tǒng)。PEBB就是標準化和通用化的電力電子單元，也是電力電子與微電子結合的一個典型。電力電子集成化最大的優(yōu)勢是可以成倍地提高變流器的功率密度，從而減小體積、減輕重量，缺點是目前成本還較高。而航空航天和軍事工業(yè)上的應用對成本不太敏感，但對于減小體積、減輕重量特別渴求。電力電子集成技術是目前電力電子技術領域最為重要的研究方向，必將成為未來該領域的熱點。
可見，微電子與電力電子其實是密不可分的，如果輕視電力電子器件的發(fā)展，長期來說也會妨礙微電子器件的發(fā)展。我國至今沒有很好地發(fā)展現(xiàn)代電力電子器件，一個重要因素是缺乏對現(xiàn)代電力電子器件的全面了解，從而導致電力電子行業(yè)無法獲得相應的政策支持。在信息化帶動工業(yè)化的浪潮中，必須讓不同的半導體器件都得到均衡的發(fā)展。
器件高頻化是發(fā)展方向
我們知道，工頻(50Hz～60Hz)是發(fā)電的最佳頻率，但它不是用電的最佳頻率。如果電源頻率提高，磁路截面積可以減小，從而電機體積減小，重量減輕。這種效果對諸如變壓器、電抗器、鎮(zhèn)流器等各種電磁元件都是適用的。為此，電力電子器件高頻化是今后電力電子技術一個不容忽視的發(fā)展方向。
從目前電力電子的雙極型自關斷器件已達上百千赫的頻率來看，電力電子技術已經進入了一個新的時期———逆變器時代。逆變器將對各種頻率的電源、工業(yè)應用、車輛應用以至家用電器等各方面起到重要作用。其中最重要的是交流調速，從小功率的微電機到幾萬千瓦的大電機，都有可能用到交流傳動。
微處理器及微計算機的引入，已使電力電子技術中的控制技術發(fā)生了根本的變化。一些過去認為過分復雜難以實現(xiàn)的控制技術得到了應用，并且使許多控制方法及理論在實踐中取得進一步的發(fā)展。電力電子器件的頻率范圍正在迅速擴大，這是引入微電子器件工藝的結果。一方面，傳統(tǒng)的雙極型自關斷器件的結構正變得愈益精細，并引入了外延或隱埋等工藝，從而緩和了功率與頻率的矛盾，已向幾十或幾百千赫的方向發(fā)展。另一方面，單極型器件中，功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(PowerMOSFET)本身就是超大規(guī)模集成電路超微細工藝的產物，它的頻率已可達1MHz。而結型場效應器件———靜電感應晶體管和晶閘管(SIT及SITH)，也有賴于高阻高質量外延工藝的發(fā)展，SIT本身頻率上限已達1000MHz。因而可以認為，傳統(tǒng)的低頻電力電子學的概念已經打破，高頻電力電子學正在興起。
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電力電子發(fā)展歷程與技術特征
電力電子學和微電子學構成了電子學的主要內容。狹義地講，前者以研究電力的控制和傳輸為重點，后者則是以信號的采集和處理為重點。電力電子技術就是一種采用電力電子器件進行功率變換和控制的技術。
電力電子器件的發(fā)展，可分為三個階段。第一階段是上世紀60到70年代，那時各種類型的晶閘管及拓撲器件有很大的發(fā)展，可稱為是雙極型年代，其服務對象以工業(yè)應用為主，包括電力系統(tǒng)、機車牽引和電化學電源等。第二階段是上世紀80到90年代，由于功率MOSFET的興起，使電力電子技術步入了一個新的領域，為近代蓬勃發(fā)展的4C產業(yè)(通信、電腦、消費電器、汽車)提供了新的活力。在世紀之交，電力電子器件的發(fā)展又進入了第三階段，即和集成電路結合越來越緊密的階段。
電力電子技術的特征是高效和節(jié)能，這主要是電力電子器件一般工作在較理想的開關狀態(tài)，其特點是：導通時壓降很低，關斷時漏電流很低，器件本身的功耗與它所控制的功率相比是非常小的，一般可以忽略不計。電力電子學與信息電子學在技術上主要不同點是功效問題。對信息處理用的低電平電路很少要求效率超過15%，而電力電子技術中的功率電路卻不能容忍其效率低于85%。功率損耗的經濟價值主要是節(jié)能的要求，其次還有一個散熱問題。由此可見，要求高的效率，是電力電子技術的主要特征。目前采用的“同步整流”技術就是順應這一發(fā)展的潮流。開關狀態(tài)工作有一缺點是產生高次諧波，對電網及無線電都有干擾，這方面人們正在盡一切力量去減輕它的危害：一方面使開關過程中盡可能少產生高次諧波，例如使波形更完整；另一方面用各種辦法消除它。于是，產生了電力電子技術的另一個分支———諧波抑制。[!--empirenews.page--]
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