一、電力電子元器件概述

      電力電子器件（Power Electronic Device）又稱為功率半導體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數十至數千安，電壓為數百伏以上)電子器件。從八十年代末期開始，電力電子元器件的發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，同時促進了電力電子技術在許多新興領域的應用。

      八十年代末期和九十年代初期發展起來的以功率MOSFET和IGBT為代表的集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，標明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

      包括變頻器、電能質量類產品以及電子電源產品在內的電力電子裝置對改造像電力、機械、礦冶、交通、化工、輕紡在內的傳統工業和對航天、激光、通信、機器人在內的高新技術產業以及目前國家扶持和支持的高效利用能源均至關重要。

二、電力電子元器件發展動向

      隨著電力電子技術的不斷飛速發展，現代電力電子器件也向著大功率、易驅動和高頻化的方向快速穩步的發展著。電力電子技術的應用領域也在不斷擴大，特別是在電力、礦山、冶金、煉鋼等重工業應用領域，電力電子技術不斷發揮著其自身的優勢。

      由于電力電子在國民經濟中具有十分重要的地位，為了能夠合理高效地利用電能，現代發達國家電能的75%要經過變換或控制后使用。預計到了21世紀末，這個數字將會上升至95%以上。然而我國的電能轉換還遠遠不能達到應用電力電子技術才能達到的效果。到2010年末，我國電力需求將會達到3.81億千瓦時，發電裝機總容量達到8.52億千瓦，由此我們可以看出，電力電子技術在我國發展的潛力還是十分巨大的。

三、 電力電子技術在變頻器和電子電源的應用

1、具有2000-3000億元市場總容量的變頻器

      變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能。是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。因此，變頻器也被成為“現代工業的維生素”。

       變頻器的市場空間很大，在電力、紡織、印染、機械、石油化工等行業及工程中都發揮著十分重要的作用。在中國，變頻器市場正處在一個高增長的過程。長久以來，中國變頻器市場一直保持著12%--15%的增長率。而且在未來的5年內依舊會保持在10%以上的增長率，按照目前的發展速度和市場需求來看，至少在10年以后，中國的變頻器市場才能逐步飽和。

      由于變頻器市場的需求的不斷擴大，發展速度的不斷增長，國內生產企業在逐年增加，國外的知名廠家也紛紛來華投資建廠。然而，國內企業與國外大企業在技術上還存在的較大的差距，對于一些高電壓，大容量的變頻器國內還處在研制階段，核心技術受制于人，國產變頻器所需要的半導體功率器件的生產幾乎為零，不得不依靠進口，這些都為國產電力電子元器件的生產廠家既帶來了機遇同時也帶來了挑戰。

2、具有170億元以上的電子電源市場

      電源包括電子電源和化學物理電源，與電力電子技術應用相關的是電子電源。電子電源是對公用電網或某種電能進行變換和控制，向各種用電負載提供優質電能的供電設備。

      開關電源每年至少有50億元的市場規模。其中，DC/DC變換器模塊電源約占25%，AC/DC整流器約占75%。由于中國的通信事業投資比較集中，所以通信電源在開關電源總額中所占的比例也較大，根據估算，全國開關電源總額達到100億元以上。

      而現代UPS普遍采用了脈寬調制技術和功率MOSFET、IGBT等現代電力電子器件，使用現代電力電子器件讓電源的噪聲得以降低，功率和可靠性增大。根據統計，2009年到2011年中大功率UPS市場年增長率約5%，大中功率市場將成為UPS行業發展的主要動力。

四、新型材料的電力電子器件

1、高壓砷化鎵高頻整流二極管

      隨著變換器開關頻率的不斷提高，對快恢復二極管的要求也隨之提高。眾所周知，砷化鎵二極管具有比硅二極管優越的高頻開關特性，但是由于工藝技術等方面的原因，砷化鎵二極管的耐壓較低，實際應用受到局限。為適應高壓、高速、高頻率和低EMI的應用需要，砷化鎵高頻整流二極管已經研制成功。與硅快恢復二極管相比，這種新型的二極管具有反向漏電流隨溫度變化小、開關損耗低、反向恢復性好等顯著特點。

2、碳化硅功率器件

      SIC（碳化硅）是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料，在電力電子方面也是很重要的，可制作出性能更加優異的高溫(300℃～500℃)、高頻、高功率、高速度、抗輻射器件。SIC高功率、高壓器件對于公電輸運和電動汽車等設備的節能具有重要意義。采用SIC的新器件將在今后5～10年內出現，并將對半導體材料產生革命性的影響。

      SIC可以用來制造射頻和微波功率器件、高頻整流器、MESFET、MOSFET和JFET等。SIC高頻功率器件已在Motorola公司研發成功，并應用于微波和射頻裝置；美國通用電氣公司正在開發SIC功率器件和高溫器件；西屋公司已經制造出了在26GHz頻率下工作的甚高頻MESFET；ABB公司正在研制用于工業和電力系統的高壓、大功率SIC整流器和其他SIC低頻功率器件。

     理論分析表明，SIC功率器件非常接近理想的功率器件。我們可以預見，各種SIC器件的研發必將成為功率器件研究領域的主要潮流之一。但是我們也要清醒的看到，SIC材料和功率器件的機理、理論和制造工藝均有大量的問題需要去解決，它要真正給電力電子技術領域帶來新的革命，估計還需要時間的等待。

五、結論：

      電力電子元器件的應用已深入到工業生產和社會生活的各個方面，實際的需要必將極大地推動器件的不斷創新。電力電子器件正進入以新型器件為主體的新一代電力電子器件時代，它將基本上取代傳統器件。“一代器件決定一代電力電子技術，”作為電力電子技術發展的決定性因素，電力電子器件的研究開發以及關鍵技術突破，必然會促進電力電子技術的迅速發展，從而促進了以電力電子技術為基礎的傳統工業和高新技術產業的迅速發展。