Transcript High-Voltage Reverse Blocking Integrated GaN

现代电力电子学现状与展望
——机遇与挑战
主讲人 陈延明
主要内容
 学科概述
 电力电子学的应用领域
 国内外研究成果与现状
 电力电子学的发展趋势
 面临的机遇与挑战
学科概述

什么是电力电子技术
现有供电电源多为三相交流电，而在实际应用
中有很多用电设备不能直接使用交流电源，需要进
行电力变换，就需要应用电力电子技术。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术 ,
包括器件制造、电路拓扑、控制方法等内容。
电力电子器件一般总是工作在开关方式下，常带来一些
非线性问题。
 电力电子学是一门交叉学科
电力学
电子学
电力电子技
术
控制
理论
电力电子技术和电子学：制造技术的理论基础和工
艺大致相同，许多电路的分析方法也相同，应用目
的不同
 电力电子技术和电力学：电力电子技术广泛应用于
电气工程中，是电气工程活跃的领域之一；
 电力电子技术和控制理论：控制理论提高了电力电
子装置和系统的性能，电力电子技术也为控制理论
的进一步发展带来新的挑战。




电力电子学的几个重要方面
器件制造技术：
是电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理。
IGBT、MOSFET已经成为电力电子应用中主流的器件。
变换技术（AC-DC DC-DC DC-AC AC-AC）：
是电力电子技术的核心，PWM、空间矢量控制等
技术发展和其他新技术出现为电力电子系统性能提
高提供了有效的、可靠的途径。
电力电子学的应用领域
一般工业：电化学工业、矿山、冶金……
 交通运输
 航空航天、军事国防
 电力系统：输电 、变电……
 通信系统
 新能源系统：太阳能、风能、核能……
 家用电器
 ……

航空航天、军事国防
交通运输
新能源
国内外的研究成果与现状
 有影响的研究机构
国内：浙江大学、西安交通大学、清华大学
国外：美国电力电子研究中心（Center for Power Electronic
System—CPES）
该研究中心是五所大学的联盟
 Virginia Tech （弗吉尼亚州立大学和理工学院）
 University of Wisconsin-Madison （威斯康星麦迪逊分校）
 Rensselaer Polytechnic Institute
 North Carolina A&T State University
 University of Puerto Rico - Mayagüez
有影响力的学者
 李泽元：美国Virginia电力电子中心创办人、
主任，上海台达电力电子研发中心(OPEC)主
任；
 马科悦，Keyue Ma Smedley ，加州大学戴
维斯分校教授；
 Longya Xu，俄亥俄州州立大学终身教授，
IEEE工业应学会电机委员会前主席
A. Lipo , 威斯康星电气设备和电力
电子协会、威斯康星电力电子研究中心
 Bose, Bimal K., University of Tennessee,
U.S.A.
 Verghese, George, Massachusetts Institute
of Tech., U.S.A.
 …… ……
 Thomas
国际知名电力电子器件制造商
 Texas
Instrument （德州仪器，简写TI）
 International Rectifier （国际整流器,简写IR）
 Fairchild （仙童公司）
 Harris Semiconductor
 Telecom
 National Semiconductor
有影响力的杂志和IEEE期刊
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
Power and Energy Magazine
Circuits and Devices Magazine
Switching Power Magazine
Electronic Design
Circuits and Systems I
Transactions on Power Electronics
Transactions on Industrial Application
Transactions on electronics Application
IEEE网址：http://ieeexplore.ieee.org
电力电子学的发展趋势
 高功率密度
 高效率
 高可靠性
 高智能化
 高集成化（IPEM）
美国电力电子研究中心提出电力电子学4
个极具潜力的发展方向
功率半导体器件和集成电路技术
Semiconductor Power Devices and ICs (SPDIC)
硅和宽能带隙（主要指SiC和GaN）半导体材料的探索；
 功率电子集成技术（材料，结构、集成工艺
Power Electronics Integration Technology (PEIT)
功率电子集成模块的发展促进了功率电子在能源中的应用；
 集成的电动机驱动系统
Integrated Motor Drive Systems (IMDS)
在不影响体积、重量和鲁棒性的情况下将各种必要的技
术（如可调速技术等）集成到未来的电动机中；
 集成的功率变换系统
Integrated Power Conversion Systems (IPCS)

2007年CPES的一些最新成果


Three-Dimensional
Integration of Power
Supply Module（电源模
块的三维集成）
High-Voltage Reverse
Blocking Integrated GaN
MOSFET/Schottky
Rectifier
（ MOSFET/Schottky整流
器的高电压反向阻断集成
沟道）
面临的机遇和挑战
 现在电力电子技术的发展走到了十字路口,电
力电子装置的复杂性与其应用的广泛性间的
矛盾越来越尖锐；
 电力电子集成技术和新半导体材料的探索,被
认为是国际业界研究的热点，是解决电力电
子技术发展面临的障碍, 进一步拓展电力电子
技术应用领域的最有希望的出路。
 电力电子技术和信息电子技术作为电子学的
两个分支，两者在近几十年都发生了日新月
异的变化，取得了飞速的发展。
 电力电子学蕴含着无穷机遇和研究开发潜力，
这将给有志于电力电子方向研究的同学提供
一个施展才能实现抱负的良好平台！
谢谢！