新电力电子世界

1引言

经过几十年的不断创新发展，电力电子技术已日趋成熟并且得到了广泛的应用。它从半导体器件应用的技术延伸而变成了自动化及节约能源的重要技术之一。当然，电力电子技术从来就是一种综合性的技术，是跨领域的技术也是系统工程应用的技术。这是它最根本的属性，也是它最迷人的地方。电力电子技术给予从事此项工作的每个人的感受不尽相同，以下是笔者个人对它的一些感受。

可爱处：

世界上使用的电力设备很多。这意味着电力电子应用领域的潜力很大。以电机控制器为例，试想世界上有上百亿个电机，只要其中有10％的比率采用电力电子式的控制器就会造成很大的商机。身为共同的参与者，看到自己的心血能被使用并获得肯定真是无比的欣慰及光荣。

可忧处：

面对市场轻薄短小的需求，很自然地朝向高频发展。但是高频并不等于高效率，而且还会产生新的问题。因此我们需要更多的努力：开发更理想的器件、创造更新的控制技巧或材料以解决大功率时之散热问题及高频化之后的EMI/EMC问题。电力电子设备普及之后对电力系统的挑战也不可忽视。相信在抑制谐波的要求上会日益严格。现实与理想、价格与性能永远都是矛盾的。

可恨处：

器件及微处理器变化快速，要不断地学习。实际经验重要又无法速成，人才培养不易，尤其面向数字化、信息化、网络化的要求使得人才的获得更加困难。此产业的利润及社会地位与半导体、通讯、光电、网路等产业相较仍有距离是此产业发展不如预期的主要原因。

可恼处：

系统应用中双极化特性很明显，如：（1）电力?电子（强电?弱电）；（2）大装备?小型化；（3）电力控制?微电子控制；（4）现代技术/材料?传统技术（如散热）；（5）高频?低频；（6）数字?模拟等。

可喜处：

时代再变、环境再变而人们在可见的时间内仍无法脱离电能而生活。电力电子的事业与其他高科技产业，还是具有较长的生命周期。对从事于此项事业的人们仍然具有“越陈越香”及“老而弥坚”的优势。由于技术能力培养不易，因此只要努力，生活及尊严都不愁没有保障。

2电力电子产业相关项目的发展史

从50年代起直到21世纪的初期，我们可以看出电力电子相关的发展如下：

2.1器件的种类

二极管→晶闸管→GTO→RCT→PowerTransistor→晶体模块→MOSFET及其模块→IGBT及其模块→SIT（StaticInductionTransistor)及其模块→SITH（StaticInductionThyristor)及其模块→MCT（MOS?ControlledThyrisistor）及其模块→GCT（GateCommutatedTurnoff)及其模块→IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor)及其模块→SiC（碳化硅元件）→Diamond(金刚石器件）。

器件呈现的外观也有变化，如分立的、模块化的、智能化的及网络化等的展现。基本上，器件发展的主要方向之一是减少应用工程师在设计工作上所花的时间。过去应用工程师必须要考虑的保护、控制功能等，现在器件厂都一并考虑了，如功率集成模块（PowerIntegratedModule，简称PIM），电力电子标准块（PowerElectronicsBuildingBlocks，简称PEBB）就是最明显的例子。

2?2控制器

微处理器（Microprocessor，简称μP）于1974年进入工业设计并带来了极大的震憾，对电力电子而言，它代表了微电子与电力电子的结合，使电力电子的二次革命正式开始。数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，简称DSP）单片控制器由使用单片微处理器的8位→16位→32位双微处理器→单片数字信号处理器16位→32位双数字信号处理器。

2?3电路结构(Topology)

变化很小，以逆变器（Inverter)而言有：

VoltageSourceInverter(VSI)→

ResonantDC?LinkInverter(RDCL)→Actively

ClampedResonantDCLinkInverter(ACRLI)

2?4调制技术

调制技术（ModulationTechnique)是针对理想的波形给出的一组控制信号之设计技术。好的调制技术应符合以下的技术指标：

PAM(PulseAmplitudeModulation)→

PWM(PulseWidthModulation)→

SPWM(SinusoidalPWM)→

OptimumPWM→

ADSM(AsynchronousDelta?SigmaModulation)→

DSMC(Delta?SigmaModulationwithCarrier)→

AdaptivePWM→

HIPWM(HarmonicInjectionPWM)→

SVPWM(SpaceVectorPWM)→

RandomModulation

2?5控制技术/方法

在不同的应用中有以下几项：

V/F控制(VoltageFrequencyControl)

SF控制(SlipFrequencyControl)

向量控制(VectroControl)

直接转矩(DirectTorque)

无感测试(Sensorless)

Fuzzy/Neuro/GeneticAlgorithm/Chaos等智能控制技术

零电压/零电流切换技术

功率因数校正技术（PFC）

谐波抑制技术

锁相回路控制

2?6生产方式

一般方法

系统化