2电力电子技术的新领域
　　我们还清楚地记得，70年代电力电子技术 的三大支柱是电化学、牵引、直流传动，而80年 代交流传动、直流输电和无功补偿已成了热门 话题。在这里，我们要重点介绍因MOS型器件 发展而丰富了的电力电子技术新领域。
　　大家都熟悉晶体管，很多人用过双极型达 林顿晶体管来做变频器。但过去我们在提到功 率半导体器件时，却很少提到晶体管。可是目前 电力电子技术中最热门的新器件恰恰是功率 MOS型晶体管，如功率MOSFET、绝缘栅双极 型晶体管IGBT等等，它们都属于晶体管。上述 功率MOS型器件，再加上各种双极型晶体管， 占有了功率半导体器件中66%的市场。值得注 意的是：目前仅仅功率MOSFET -项的产值 已超过了晶闸管和整流元件的总和。功率 MOSFET和IGBT市场的总和也已占整个晶 体管市场的59%。2000年时将达90%。功率 MOS器件市场的年增长率近7年来平均达 35%，比迅速发展的集成电路市场（22%)还快 得多。电力电子学是一门迅速发展的新学科，如 果我们现在就把自己限定在只应用原有的晶闸 管整流器的范围内，即只使用功率半导体器件 中的27%，确实是不合理的。即使加上IGBT， 我们还是忽略了 65%的功率半导体器件。我们 必须面向整个的功率半导体器件，这才是我们 应该关注的。
　　正因为MOS器件的发展，因而使电力电 子市场的*盖范围有了根本的变化。从1994年 的数据来看，功率晶体管的主要应用大致有以 下五个方面：
　　工业控制27%
　　日用电器24%
　　通 信-17%
　　计算机及各种用电池的小型电器16%
　　汽车电子12%
　　功率器件之所以能长期维持髙增长率，其 应用均匀分布于各个方面是一个重要原因。因 此不会因某一市场的萎缩而影响其整体发展。 何况，上述五个方面又都是最吸引人的方向。这 就使世界的电力电子市场一直蓬勃发展。中国 电力电子的发展，决不能忽略那些思[活跃的方 向。
　　下面再进一步介绍有关应用，使大家对当 前的新动向有更多的了解。
　　(1)电机调速
　　据报道目前世界上约有超过100亿个大小 的马达正在运转，有30%的能量消耗在电机 中。约有15?20%的中小电机已采用电子控 制，使用了约33%的晶体管。过去我们往往着 眼于大的工业用电机调速，那是因为对小电机 进行交流调速，在经济上是不现实的。如今我们 可以把一个1马力的三相交流调速的主要部 件，灵巧地装在像信用卡一样大小的线路板上， 这样我们就面对着每年1. 6亿个调速电机的市 场（2000年）。以566L(20ft3)的电冰箱为例，用 了电力电子等有关技术，每年可省电70美元。 电机调速方面的功率器件市场估计2000年为 33亿美元。目前中国正处于一个新的空调热， 就这一项其市场就够可观的了。
　　1996年2月，美国PCIM杂志刊登了一种 称为POWIRTRAIN的调速部件用以替代模 块。全部采用表面贴装的I力率半导体器件，包括 输入整流器中的晶闸管，逆变用IGBT与快恢 复二极管FRED，或功率MOSFET及肖特基二 极管等等。其功率可超过l〇kW，线路板大小约 相当于手掌。也可作为UPS和焊机的应用。
　　(2)节能灯
　　现有技术已把振荡用的两个功率MOS- FET和控制1C做在一个塑料封装内，可使线 路进一步简化。美国几乎有一半电力消耗在照 明和电机方面，所以对照明节能是十分重视的。 据估计每个节能灯管每年可节电30?70美元， 在这方面晶体管的市场也有6亿美元（2000 年)。
　　双极型晶体管的世界市场正在萎缩，但在 中国因节能灯的需要，其市场却在飞快发展。近 年来，在激烈的世界市场竞争中，功率MOSS 器件的价格有可能下降，这样双极型晶体管又 要面临功率MOS场效应晶体管的竞争。
　　(3)便携式电器
　　上面已经提到：新一代MOS器件有一种更 新的优点，即极低的正向阻抗。它可使供给这些 电池的寿命增加1?4倍。从而引出了一个全新 的电力电子技术领域--便携式电器(Portable Electronics)。所谓便携式，也即是可随身携带， 并可随时随地工作的电器。在现代生活中，人们 的工作活动已不仅仅限于在办公室里，在旅游 中、家里、野外等各种空间和时间都可能进行工 作、通信、娱乐。这些电器包括有：
　　膝上式或笔记本计算机、移动电话、可拆卸 的硬盘驱动器、个人数字辅助系统（PDAS)、 DC-DC变流器、电池充电、电池反向保护、 PCMCIA卡、掌上型游戏机、掌上型无线电通 信、便携式音/视频设备、CD唱机、调制器、可充 电剃须刀、电动牙刷、掌上型万用表、掌上式测 试设备等等。
　　2000年时大约有4亿个这类产品需要用 到MOSFET等器件。例如用于CD唱机中，电 池寿命可提高3倍。一个手提计算机中，要用8 ?10个功率器件。每个大哥大中，要用1?2个 MOS器件。这方面MOSFET的市场约为15亿美元。
　　(4)汽车电子
　　现代的汽车中，由于要求改善发动机性能， 要求更为安全和舒适，有许多部分都要用到半 导体器件。如发动机控制单元:包括燃油注入控 制、点火控制、变速器等等。舒适用部件:包括动 力驾驶盘、动力窗、动力门锁、照明控制、空调、 音响等等。安全用：防锁闸、牵引控制、空气袋、 电动车锁。其中防锁闸是为防止突然刹车时汽 车打弯;空气袋在撞车时作保护用；电动车锁供 防盗用。此外为了增加可靠性，要进一步减少车 内的引线和结点，这就要求半导体器件尽量组 合化和智能化。如对SMARTFET的要求等等。
　　2000年时每年大约生产5千万辆汽车，每 辆汽车中的功率器件，可达200个之多。因而那 时的功率器件的市场约为22亿美元左右。我国 现在大概约近1〇〇人才拥有一辆汽车，即使大 量生产汽车，在相当长一段时间内，其普及率仍 不会很高。这也说明中国汽车电子市场的潜力 之大及其持久性。
　　(5)开关电源
　　由于中国的人口众多，地域广阔。因而中国 的通信市场潜力也是世界上最大的。全世界的 主要通信设备制造公司蜂拥进入中国。通信电 源是功率半导体的主要市场之一。不仅是整流 电源，在DC-DC电源中,MOS器件尤其起关键作用。
　　可以说，功率MOSFET是开关电源的第一 用语，当然开关电源不仅用于通信电源，也包括 用于计算机主机、工业、仪表、医药等等。目前 DC-DC电源中的热点是板上式功率模块 (BOARD MOUNTED POWER)，在 BMP 中， 从DC到AC需要表面貼装的MOSFET或是 MOSFET芯片，然后还需若干个使用 MOSFET的调制器。由于开关电源目前有低输 出电压的趋势，新一代的MOSFET就更为适用。
　　以上一些应用加上其它方面的应用，到 2000年时功率器件的市场约为127亿美元。那 时占主导的将是MOS器件，所以尽快推广其 应用，是加快我国电力电子企业发展的关键。
　　3电力半导体器件的新发展
　　我们可以把电力半导体器件分成四大类， 这是根据功率变换功能来划分的。通常我们总 是先把交流电整流为直流（1)，然后又在一定的 控制下(2)，把直流逆变成所需频率的交流电或 脉动电（3),在某些场合下，还需要将它再转换 成直流(4)。下面用一简图作一说明。
　　(1)输入
　　第一部分的整流，大家都很熟悉。由于中小 功率装置的蓬勃发展，整流元件(包括晶闸管） 有塑封化，表面贴装化和桥式化的趋势。其原因
　　路(CIC)。这主要是用来触发逆变工作的功率 MOSFET或IGBT。由于和主回路在一起，所 以需耐受高压，又称髙压集成电路(HVIC)或 功率集成电路(PIC)。CIC通常按不同应用有积，增加了可靠性。上一节介绍的三相逆变器， 若没有相应的CIC，体积不可能做得如此之小。
　　就功率集成电路而言，还包括另一种元件 称为SM ARTFET，即是带智能的MOSFET，这 种元件在汽车电子中颇为重要。SMARTFET 和CIC不同，它不是一种触发元件，而是一种 带自保护功能的MOSFET。它也是一个单片集 成电路。
　　另一种微电子集成电路，称为微电子继电 器 Micro Electronic Relay(MER)。MER 实质 上是固态继电器(SSR)的发展，是把固态继电 器的功能尽可能以单片芯片来完成。它通常包 括一个光电耦合器，一些控制电路和作为主部 件的MOSFET或者晶阐管。采用晶闸管作为 主部件的称为单片开关Chipswitch。采用 MOSFET作为主部件的称为光继电器Photo Voltaic Relay(PVR)。由于PVR可利用第五代 的MOSFET工艺，因而其通态电阻可做得比 舌簧开关还小，它们在通信、便携式电器中找到 了越来越多的应用。

---

期刊库（http://www.zgqkk.com），是一个专门从事期刊推广、投稿辅导的网站。
　　本站提供如何投稿辅导，寻求投稿辅导合作，快速投稿辅导，投稿辅导格式指导等解决方案：省级投稿辅导/国家级投稿辅导/核心期刊投稿辅导//职称投稿辅导。

---

　　【免责声明】本文仅代表作者本人观点，与投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站无关。投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站站对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考，并请自行承担全部责任。