1957 年,美國通用電氣公司在晶體三極管三端、三層半導體結構的基礎上發明了晶體閘流管,標志著電力電子技術的誕生[1]。這項技術的誕生和發展使人類對電能的利用方式發生了革命性的轉變,并且極大地改變了人們利用電能的觀念。在世界范圍內,用電總量中經過電力電子裝置變換和調節的比例已經成為衡量用電水平的重要指標,目前,全球范圍內該指標的平均數為40%,而到2010 年將達到80%[2]。這就對電力電子技術提出了新的挑戰。
電力電子技術的應用范圍十分廣泛。它不僅用于一般工業,也廣泛應用于交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統等,在照明、
空調等家用電器及其他領域中也有著廣泛的應用。近年來,隨著大功率電力電子裝置的容量不斷提升,器件的發熱問題就凸現出來了。在某些溫度超出室溫200~600K 的應用環境下,如各種飛行器電路、汽車電子、地下鉆井勘探和核反應堆等,電力電子開關器件和其他無源器件的散熱條件開始惡化,輕則導致系統的整體效率降低、性能變差;重則有可能損壞器件,使整個系統癱瘓。此時就必須針對高溫工作環境,從器件、電路結構和控制方法三個部分進行改進和優化,以適應這些惡劣的工作環境。另一方面,隨著人們對物質世界探索的不斷深入,新的工作環境也不斷出現。在高海拔、高緯度地區,以及外太空的探索和考察中,環境溫度往往比室溫要低100~200K,而電力電子裝置在這些低溫條件下,其性能也會發生不同的變化。人們對未知世界的渴望促使著科學考察不斷深入,為了配合這一趨勢,低溫電力電子技術的發展也必須更加深入。本文主要介紹電力電子技術在極端溫度下應用的一些技術發展和最新動態。由于電力電子涉及的范圍太廣泛,在此僅對研究比較深入并已經有了很多技術突破的領域進行闡述,包括:高溫應用中的碳化硅器件、新型冷卻和散熱技術、高溫無源器件和集成化電路,以及低溫電力電子技術和高溫超導技術。
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單片機技術在電氣傳





