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半導(dǎo)體時代開啟

1957年，美國通用電氣公司，第一個晶閘管出現(xiàn)，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，正式進入了電力電子技術(shù)階段，也就是第一代電力電子器件穩(wěn)步發(fā)展的開始。

第一代電力電子器件就是以晶閘管為代表，主要用于相控電路。這些電路十分廣泛地用在電解、電鍍、直流電機傳動、發(fā)電機勵磁等整流裝置中，與傳統(tǒng)的汞弧整流裝置相比，不僅體積小、工作可靠，而且取得了十分明顯的節(jié)能效果，因此電力電子技術(shù)的發(fā)展也越來越受到人們的重視，已普遍應(yīng)用于變頻調(diào)速、開關(guān)電源、靜止變頻等電力電子裝置中。

但是由于第一代電力電子器件通過其門極只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷，所以只能是半控型器件。半控型器件在直流供電場合，要實現(xiàn)關(guān)斷必須另加電感、電容和其他輔助開關(guān)器件組成強迫換流電路，這樣造成的缺點是：變流裝置整機體積增大，重量增加、效率降低，并且工作頻率一般低于400Hz。

快速發(fā)展時期

1970年代后期，門極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力雙極型晶體管BJT、電力場效應(yīng)晶體管功率MOSFET為代表的全控型器件迅速發(fā)展，第二代電力電子器件應(yīng)運而生，其工作頻率達(dá)到兆赫級。集成電路的技術(shù)促進了器件的小型化和功能化。這些新成就為發(fā)展高頻電力電子技術(shù)提供了條件，推動電力電子裝置朝著智能化、高頻化的方向發(fā)展。

第二代電力電子器件就實現(xiàn)了既能被控制導(dǎo)通，也能控制關(guān)斷的全控型器件，使得各類電力電子變換電路及控制系統(tǒng)開始不斷涌現(xiàn)，如直流高頻斬波電路、軟開關(guān)諧振電路、脈寬調(diào)制電路等。一直沿用于今天的各種常見電源上，跨入全控器件快速發(fā)展階段。

1980年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）集合了MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點，成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主要器件；在中低頻大功率電源中占重要地位。20世紀(jì)90年代，智能功率模塊使功率器件的發(fā)展向大功率、高頻化、高效率跨向一大步。

從發(fā)展歷程看，功率半導(dǎo)體器件先后經(jīng)歷了：全盛于六七十年代的傳統(tǒng)晶閘管、近二十年發(fā)展起來的功率MOSFET及其相關(guān)器件，以及由前兩類器件發(fā)展起來的特大功率半導(dǎo)體器件，它們分別代表了不同時期功率半導(dǎo)體器件的技術(shù)發(fā)展進程。

概括來說，功率半導(dǎo)體器件主要有功率模組、功率集成電路（即Power IC，簡寫為PIC，又稱為功率IC）和分立器件三大類；其中，功率模組是將多個分立功率半導(dǎo)體器件進行模塊化封裝；功率IC對應(yīng)將分立功率半導(dǎo)體器件與驅(qū)動/控制/保護/接口/監(jiān)測等外圍電路集成；而分立功率半導(dǎo)體器件則是功率模塊與功率IC的關(guān)鍵。

這些功率器件在各自不同的領(lǐng)域發(fā)揮著各自重要的作用。按照導(dǎo)通、關(guān)斷的受控情況可分為不可控、半控和全控型器件，按照載流子導(dǎo)電情況可分為雙極型、單極型和復(fù)合型器件，按照控制信號情況，可以分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型器件，根據(jù)它們的這些結(jié)構(gòu)和特點應(yīng)用領(lǐng)域也不完全相同。

功率半導(dǎo)體器件又可根據(jù)對電路信號的可控程度分為全控型、半控型及不可控型；或按驅(qū)動電路信號性質(zhì)分為電壓驅(qū)動型、電流驅(qū)動型等劃分類別。

不同功率半導(dǎo)體器件，其承受電壓、電流容量、阻抗能力、體積大小等特性也會不同，實際使用中，需要根據(jù)不同領(lǐng)域、不同需求來選用合適的器件。

隨著技術(shù)的不斷進步，功率半導(dǎo)體器件在不斷演進。自上世紀(jì)80年代起，功率半導(dǎo)體器件MOSFET、IGBT和功率集成電路逐步成為了主流應(yīng)用類型。

其中IGBT經(jīng)歷了器件縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)以及硅片加工工藝等7次技術(shù)演進，目前可承受電壓能力從第四代的3000V躍升到了第七代的6500V，并且實現(xiàn)了高頻化（10-100kHz）應(yīng)用。

作為電能/功率處理的核心器件，功率半導(dǎo)體器件主要用于電力設(shè)備的電能變換和電路控制，更是弱電控制與強電運行之間的溝通橋梁，主要作用是變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設(shè)備正常運行起到關(guān)鍵作用。

與此同時，功率半導(dǎo)體器件還具有綠色節(jié)能功能，被廣泛應(yīng)用于幾乎所有的電子制造業(yè)，目前正從傳統(tǒng)工業(yè)制造和4C產(chǎn)業(yè)向新能源、電力機車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)展。

另外，不同的細(xì)分領(lǐng)域，對功率半導(dǎo)體器件的電壓承受能力要求也不一樣，以IGBT為例，消費電子電壓一般在600V以下，太陽能逆變器及新能源汽車要求在600V-1200V，而軌道交通要求最高，范圍在3300V-6500V之間，具體以實際應(yīng)用中的需求為準(zhǔn)，可靈活變動。

目前，國際電力電子市場以年均15%的速度增長，電力電子器件的主要供應(yīng)商集中在美國、日本以及歐洲，如通用電器、東芝、英飛凌等。而且以硅基功率MOSFET和IGBT為代表的場控型器件占據(jù)國際市場的主導(dǎo)地位，其中IGBT更是有高達(dá)30%的年均增長率。而SiC和GaN等新型材料電力電子器件，受到時間、技術(shù)成熟度和成本的制約，尚處于市場開拓初期，但前景不可小覷。