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 电子学 电力学 控制 理论 电力电子技术 电力电子技术和电子学的关系：电子学可分为电子器件和电子电路两大分支，这分别与电力电子器件和电力电子电路相对应，两者的制造技术的理论基础是一样的，大多数工艺也相同，许多电路的分析方法也是一致的，只是两者的应用目的不同，电力电子技术用于电力变换和控制，电子学多用于信息处理。 电力电子技术和电力学（即电气工程）的关系：电力电子技术广泛应用于电气工程中，通常把电力电子技术归属于电气工程学科，是电气工程学科中的一个最为活跃的分支，是电气工程现代化的主要推动力。 电力电子技术和控制理论的关系：控制理论广泛用于电力电子技术中，它拓宽了电力电子装置和系统的性能，电力电子技术也是控制理论在实际应用中的基础元件和重要支撑技术。

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

Thomas 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. …… ……

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 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。 矛盾即：一方面众多领域需要大量使用电力电子装置,而另一方面,电力电子装置面向的应用千差万别,使得设计、生产和维护需要耗费大量的人力和物力,给普及和推广造成巨大障碍,成为电能利用技术进步的瓶颈。 总之，电力电子技术是一门具有巨大挑战性同时也蕴含着无穷机遇和研究开发潜力的学科，希望在座的各位有志于本方向研究的同学勇于把握机遇，迎接挑战！

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！