魏勁夫

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津，300304)

探究電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展

魏勁夫

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津，300304)

電力電子器件隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用。本文主要就電力電子器件應(yīng)用的現(xiàn)狀、應(yīng)用中存在的問(wèn)題、未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)三個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行論述。

電力電子器件；應(yīng)用現(xiàn)狀；存在問(wèn)題；未來(lái)趨勢(shì)

0 引言

電力電子器件憑借著其巨大的優(yōu)勢(shì)和眾多的特點(diǎn)在眾多領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，促進(jìn)了這些行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，使其在未來(lái)中具有重要的潛力與價(jià)值。因此，我們需要對(duì)于電力電子器件應(yīng)用的現(xiàn)狀、應(yīng)用中存在的問(wèn)題、未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的研究與有效的分析，使得其具有的價(jià)值與能力得到不斷的發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步。

1 電力電子器件應(yīng)用的現(xiàn)狀

時(shí)代的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，使得電力電子器件的發(fā)展也進(jìn)入到新的階段。比如：從20世紀(jì)50年代第三次信息技術(shù)革命開(kāi)始，電子技術(shù)的發(fā)展非?？?，形成了新型的信息電子技術(shù)，導(dǎo)致大量的電力電子器件的出現(xiàn)。比如：大功率的電子管和晶閘管等等。到了70年代和80年代出現(xiàn)了雙控晶閘管、光控晶閘管。進(jìn)入到21世紀(jì)之后，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得眾多新型的電力電子器件出現(xiàn)，應(yīng)用的型號(hào)眾多、功能與質(zhì)量獲得了較大的提高，促進(jìn)其在各個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用[1]。

2 電力電子器件應(yīng)用中存在的問(wèn)題

我國(guó)的電力電子器件在應(yīng)用中存在不少的問(wèn)題，極大制約了其進(jìn)步與發(fā)展，使其對(duì)于促進(jìn)我們經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步?jīng)]有起到重要的影響。其主要的表現(xiàn)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)。第一，研究的力度不夠。比如：我國(guó)在進(jìn)行電力電子器件的研究中存在研究資金有限、技術(shù)力量投入不足、國(guó)家與主觀部門(mén)沒(méi)有引起足夠的重視等問(wèn)題，導(dǎo)致我們眾多方面研究電力電子器件的項(xiàng)目都陷入到停滯狀態(tài)中，沒(méi)有取得巨大的突破。第二，原材料尋找的困難。電力電子器件的進(jìn)步與發(fā)展需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)這種方式進(jìn)行大量的電力電子器件測(cè)試工作。而實(shí)驗(yàn)的前提是需要有大量的電力電子器件原材料進(jìn)行應(yīng)用。因此，尋找到大量的原材料就顯得非常重要了。但是，資金、技術(shù)力量、人才等方面的缺乏使得原材料的尋找非常的復(fù)雜與艱難，非常不利于我國(guó)電力電子器件的實(shí)驗(yàn)研究工作。第三，缺乏創(chuàng)新。時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，使得眾多領(lǐng)域?qū)τ趹?yīng)用的電力電子器件提出了更高的要求。但是，我們制造電力電子器件的企業(yè)沒(méi)有進(jìn)行有效的創(chuàng)新，使得最終生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品無(wú)法滿足應(yīng)用的需求，導(dǎo)致我國(guó)眾多領(lǐng)域應(yīng)用的電力電子器件與世界上先進(jìn)的電力電子器件相比存在較大差距[2]。

3 電力電子器件未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)

為了更好的研究與分析電力電子器件未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，我們以氮化鎵和碳化硅為實(shí)際例子進(jìn)行具體的說(shuō)明。由此，我們可以了解到電力電子器件未來(lái)發(fā)展的方向，使得我國(guó)研究電力電子器件的單位與生產(chǎn)電力電子器件的企業(yè)在今后工作中，進(jìn)行有效的技術(shù)創(chuàng)新，提高電力電子器件的質(zhì)量和水平，促進(jìn)其不斷的進(jìn)步與發(fā)展，使其在我國(guó)眾多領(lǐng)域應(yīng)用的程度提高[3]。

3.1 新型材料的發(fā)展應(yīng)用

（1）氮化鎵

氮化鎵在實(shí)際應(yīng)用中是一種優(yōu)良的原材料，可以在眾多領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。由于氮化鎵在開(kāi)始應(yīng)用時(shí)以氮化硅晶片或者是藍(lán)寶石為其襯底材料來(lái)進(jìn)行制備。因此，這種方式的應(yīng)用極大提高了研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用氮化鎵的速度，使其最終產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值。比如：我們以氮化鎵在LED燈具中的應(yīng)用為例子進(jìn)行具體的說(shuō)明。氮化鎵在LED燈具中的應(yīng)用使得LED燈具更加的環(huán)保、節(jié)能，可以在較長(zhǎng)時(shí)間中進(jìn)行科學(xué)有效的應(yīng)用，為使用者提供更大的便利，滿足其應(yīng)用的需求。

（2）碳化硅

碳化硅是近些年中人們應(yīng)用的一種新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，受到了人們普遍關(guān)注。這種材料是一種具有良好物理特性和帶電性的原料，對(duì)于電力電子器件的研究與應(yīng)用具有良好的效果。比如：碳化硅類型的電力電子器件具有耐高溫與耐高壓的特點(diǎn)，是對(duì)于原來(lái)應(yīng)用材料存在缺陷的一種補(bǔ)充。但是，我們由于技術(shù)上與資金上投入的有限，還沒(méi)有對(duì)于碳化硅的研究取得突破性的進(jìn)展。因此，這就需要加大對(duì)其的研究投入，使得我們應(yīng)用這種材料制作出眾多新型的電力電子器件產(chǎn)品，最終在各個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用[4]。

3.2 新型技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

電力電子元器件在未來(lái)的應(yīng)用與發(fā)展中會(huì)與眾多的新型技術(shù)進(jìn)行有效融合，產(chǎn)生出眾多新型的應(yīng)用模塊，促進(jìn)其功能的完善，性能與質(zhì)量的提升。比如：標(biāo)準(zhǔn)功能模塊、智能化功能模塊、集成電力電子功能模塊、用戶專用的智能功率模塊、電力電子積木模塊等等。其未來(lái)一個(gè)重要的發(fā)展方向?yàn)槭沟秒妷?、電流、開(kāi)關(guān)頻率參數(shù)獲得不斷提高，最終使得三者進(jìn)行最佳的匹配，使得應(yīng)用電力電子器件的領(lǐng)域技術(shù)上獲得巨大發(fā)展，功能上獲得有效提高，更好為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。比如：我們以近些年中發(fā)展迅速的IGBT為實(shí)際例子進(jìn)行具體說(shuō)明。IGBT在進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的研究與實(shí)踐化應(yīng)用后，不僅僅具有抗短路的能力，還可以對(duì)于開(kāi)關(guān)損耗的程度進(jìn)行降低、對(duì)于開(kāi)關(guān)的速度進(jìn)行提高，對(duì)于柵極電荷進(jìn)行減小，有效的消除了“二次擊穿”現(xiàn)象和電流擎住現(xiàn)象，大大提高了應(yīng)用的能力。我們從其結(jié)構(gòu)來(lái)講，其結(jié)構(gòu)逐漸具有模塊化與復(fù)合型的功能，器件的效率與容量也在不斷提升，通態(tài)壓降在不斷降低。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高與我們未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，我們需要對(duì)于電力電子器件進(jìn)行有效性的創(chuàng)新，使其結(jié)構(gòu)、制作的工藝得到不斷提高，形成具有智能化與自動(dòng)化發(fā)展特點(diǎn)的新型電力電子器件，最終使得其開(kāi)關(guān)頻率、電壓、電流三個(gè)主要的參數(shù)指標(biāo)獲得提升，為促進(jìn)我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展而服務(wù)[5]。

4 結(jié)論

對(duì)于電力電子器件及其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行研究，有利于我們應(yīng)用眾多的方式進(jìn)行電力電子器件的創(chuàng)新性研究與實(shí)驗(yàn)工作，研發(fā)出具有多功能、高技術(shù)水準(zhǔn)的電力電子器件，使其在眾多領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)揮出更大的價(jià)值。

[1]譚鑫.電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016,(16):126.

[2]錢(qián)照明,張軍明,盛況.電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,(29):5149-5161.

[3]錢(qián)照明.電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].變頻器世界,2014,(09):24-25.

[4]錢(qián)照明.電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].變頻器世界,2014,(07):24-27.

[5]錢(qián)照明.電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].變頻器世界,2014,(06):34-37.

Current situation and development of power electronic devices and their applications

Wei Jinfu
(Patent examination cooperation center of the State Intellectual Property Office of Tianjin,Taijin,300304)

with the development of China’s economy and the progress of the society, power electronic devices have been applied in many fields. In this paper, the current status of the application of power electronic devices, the existing problems in the application, the future development of the three aspects of the content discussed.

power electronic devices; application status; problems; future trends