电力电子技术的形成（电力电子技术的特点）

电力电子技术的特点

电力电子技术是电子技术的一个重要分支。相对微电子技术而言，电力电子技术以进行电源变换的功率处理为目的，其电子开关器件所处理的电压和电流，都要大得多。因此，它是从电气工程（EE）中3大学科领域（电力、控制、电子）发展起来的一门新型交叉学科。电力电子技术是采用电子元器件作为控制元件和开关变换器件，利用控制理论实施控制，对电力（电源）进行控制变换。

电力电子开关器件工作时产生很高的电压变化率和电流变化率。电压变化率和电流变化率作为电力电子技术应用的工作形式，对系统的电磁兼容性和电路结构设计都有十分重要的影响。概括起来，现在的电力电子技术有如下几个特点∶

（1）弱电控制强电的学科交叉技术 随着时间的推移利科学技术的进步。人们I已意误到，仅仅3个学科领域已不能概括作为高新边缘学科——电力电子技术的全部相邻学科。例如，新型电力电子器件的制造已广泛应用大规模集成电路技术;通过电力电子器件和系统的集中监控可以实现"弱电"控制"强电"。现代电力电子技术所涉及的学科更加广，它包括基础理论（固体物、电酸学、电路理论）专业理论（电力系统、申子学.传热学、系统与控制、申电机学及由传动。通信理论，信号处理 微由子技术）以及专门技术（电感测量，计算机仿真CAD）等，覆盖了材料器件，电路与控制，碎学执设计封装、CAD集成、制造、电力及电工应用等方面。

（2）传送能量的模拟一数字-模拟转换技术 在微电子技术的模拟量到数字量（A/D）和数字量到模拟量（D/A）的转换中，模拟量和数字量是一种信号，通过转换传送的是一种信息。在 A/D和D/A转换中，模拟量是连续量，数字量是离散量。在电力电子技术中，变换器装置的输入和输出量大都是连续的模拟量，而经过电力电子开关变换后输出的量是离散量;要么开关断开，没有输出（输出为零）;要么开关接通，输出一定幅值的量。

这种输出的量要么是时间宽度不变而幅值变化，要么是幅值不变而时间宽度变化。如果把这样的量称为电力电子的数字量，则电力电子变换装置也是一种 A/D和 D/A 转换装置。但电力电子装置传送的是能量，而不是信息。模拟到数字的转换和数字到模拟的转换有突变.但能量不能突变所以电力电子装置在 A/D转换和D/A 转换时，都必须有能量缓冲元件。即输入电源与开关电路之间必须有电感或/和电容作为滤波器，称为输入滤波器;开关电路与所需输出电源之间必须有电感或/和电容作为滤波器，称为输出滤波器。这就是为什么电力电子变换装置中总离不开电感或电容的原因。

（3）多学科知识的综合设计技术 电力电子开关工作时产生很高的电压和电流变化率。电压变化率乘以电容就产生电流，电流变化率乘以电感就产生电压。而电力电子装置和器件本身有电容和电感存在，因此电力电子开关在工作时会产生相当大的过电压和过由流这湖要求设计电力电子装置时充分考虑线路的分布参数——引线电感和电容耦合。另外，无论在器件稳态导通期间，还是在器件开通关断过程中，都会产生大量的损耗，这些都以热的形式体现出来。如何使得每一个器件的发热分布尽量均匀，以及如何尽快把热量散发出去，都要求在设计电力电子装置时充分考离电路结构的布局和散热设计。

电磁干扰的本质是电压变化率和电流变化率，所以电力电子装置工作时会产生很强的电磁干扰。电磁干扰会通过传导、耦合和辐射等途径影响其他设备的正常工作。这就要求设计电力电子装置时充分考虑滤波器的设置、电磁干扰的耦合途径和辐射途径的切断。

散热设计是电力电子设计中非常重要的一个环节。电力电子开关工作时通态损耗和开关过程损耗产生大量的热量.要通过散执器散发填这是因为电力由子开关器件是热源比较集中;且电力电子开关比一般的电工开关设备损耗更大，发热量要大得多;同时温度对电力电子开关的工作特性影响也比—般电工开关设备大得多。

以硅为材料的电力电子开关的芯片内部.工作温度最高不能超过150℃.—般设计不超过110~120℃;电力电开关器件的外壳温度一般不超过85~95℃。而电力电子开关器件芯片内部温度与器件外壳的温差，以及器件外壳与所设计选择的散器的温差，与散热通道的热阻又有很大关系。在一般的电力电子装置中，散热器部分的体积和重量约占装置的1/3。这就要求设计电力电子装置时充分考虑散热器的散热方式和散热结构通道等。

对电力电子装置的设计，无论从分布参数的影响考虑，或从电磁干扰的角度考虑，或从散执要求的角度考虑.都与统构设计密切相关。现在。由力电一装置的关由路部分 电感电容等无源滤波器部分、散热器部分和装置的驱动控制部分，都在向集成化和模块化的方向发展。