电力电子器件的发展历程

电力电子器件的发展历程

电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。

● 1904年出现了电子管（Vacuum tube)，能在真空中对电子流进行控制，并应

用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河

● 20年代末出现了水银整流器（Mercury Rectifier），其性能和晶闸管

（Thyristor）很相似。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所、轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电

● 1947年美国贝尔实验室发明晶体管(Transistor)，引发了电子技术的一场革

命

● 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管（Thyristor）

● 1960年我国研究成功硅整流管（Silicon Rectifying Tube/Rectifier

Diode）

● 1962年我国研究成功晶闸管（Thyristor）

● 70年代出现电力晶体管（Giant Transistor－GTR）、电力场效应管（Metallic

Oxide Semiconductor Field Effect Transistor－MOSFET）

● 80年代后期开始：复合型器件。

以绝缘栅极双极型晶体管（Insulated －Gate Bipolar Transistor－IGBT）为代表,IGBT是电力场效应管（MOSFET）和双极结型晶体管（ Bipolar ● 90年代主要有：

功率模块（Power Module）：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应

用带来了很大的方便。

功率集成电路（Power Integrated Circuit－PIC）：把驱动、控制、保

护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前其功率

都还较小，但代表了电力电子技术发展的一个重要方向。

智能功率模块（Intelligent Power Module－IPM）则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Intelligent

IGBT）。

高压集成电路（High Voltage Integrated Circuit－HVIC）：一般指横

向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。

智能功率集成电路（Smart Power Integrated Circuit－SPIC）：一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。

一个弗莱明发明了二极管，另一个弗莱明发明了盘尼西林

1904年11月16日，英国科学家弗莱明为自己发明的电子管弗莱明“阀”申请了专利，它标志着人类历史上第一只电子管的诞生，世界也从这里迈向电子时代。

弗莱明的专利代表着电子管的正式诞生，但说起电子管产生前的“阵痛”还要从“爱迪生效应”谈起。1883年，当时的爱迪生正在致力于改善白炽灯的工作寿命。在研究中，他注意到在抽出空气的灯泡内放置灯丝和一块小金属片，当灯丝加热时，虽然灯丝和金属片不接触，会有负电子流向金属片，就像真空会导电一样。

他认识到，在灯泡里加块金属片，就可以成为一个有效地检测微弱电报信号的检波器。经过多次试验，他终于取得了成功，发明了一个能对交流电整流和无线电检波的特别“灯泡”。弗莱明当时把这项发明称为“阀”，并在1904年为它申请了专利，这就是现在所称的“真空二极管”。

弗莱明发明的“真空二极管”是人类电子文明的开端。但如果只有二极管的话，人类也许只能停留在电子时候的开端阶段。所幸的是弗莱明的工作为一个叫德弗雷斯特的人所发展。1906年，德弗雷斯特在二极管的基础上发明了三极管，使电子管才成为能广泛应用的电子器件。

二战期间，美国军方要求宾州大学为它们设计一种以真空管来取代继电器来计算炮弹弹道的机器。1946年2月14日，这种机器正式投入使用了，它用了18800只真空管，占地1500英尺，重约30吨，每小时耗电20万千瓦。运算速度只有每秒5000次。这就是人们通常所说的世界首台电子计算机。

电子管之父----李·德福雷斯特

真空三极管除了可以处于放大状态外，还可充当开关器件。电子管的这一特性被计算机研制者所利用，计算机的历史也由机械时代而跨进了电子时代。电子管的发明者就是李·德福雷斯特（Lee de Forest，1873～1961）。

1902年，他在纽约泰晤士街租了间破旧的小屋，创办了德福雷斯特无线电报公司。

1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利。

由于

电子管

电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，现在它的绝大部分用途已经基本被固体器件晶体管所取代。但是电子管负载能力强，线性性能优于晶体管，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好，所以仍然在一些地方（如大功率无线电发射设备）继续发挥着不可替代的作用。

水银电弧

约在1909年到1975年间，高压直流的电源传输系统与工业加工中使用的整流器是水银整流器，或称汞弧管。该设备被包于蒜头型玻璃容器或大金属桶。一个阴极淹没在水银池的底部，多个高纯度石墨电极作为阳极在悬于水银池上。可能还有几个辅助电极以作启动和维持电弧之用。当电弧在阴极池和悬浮的阳极间发生时，电子束将可藉电离化的水银，由阴极流向阳极，但无法反向。 [原则上，这是一个高功率型的火焰整流器，与火焰中自然存在的等离子具有的单向电流传输特性相同]。这些设备可用于数百千瓦等级的功率、可处理一至六相的交流。从1970年代中期起，汞弧整流器被硅半导体整流器和大功率晶闸管电路所取代。史上最强大的汞弧整流器安装在加拿大马尼托巴水电局纳尔逊河双高压直流输电系统专案中，额订容量总和超过一百万千瓦， 450,000 伏特。