会计学/一个理想的功率半导体器件，应当(yīngdāng)具有下列理想的静态和动态特性：在阻断状态，能承受高电压；在导通状态，能导通高的电流密度并具有低的导通压降；在开关状态和转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和du/dt，具有低的开关损耗；运行时具有全控功能和良好的温度特性。自20世纪50年代硅晶闸管问世以后，功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标已取得了世人瞩目的成就。早期的大功率变流器，如牵引变流器，几乎都是基于晶闸管的。到了80年代中期，4.5kV的可关断晶闸管(GTO)得到广泛应用，并成为在接下来的10年内大功率变流器的首选器件，一直到绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的阻断电压达到3.3kV之后，这个局面才得到改变。与此同时，对GTO技术的进一步改进导致了集成门极换流晶闸管(IGCT)的问世，它显示出比传统GTO更加显著的优点。目前的GTO开关频率大概为500Hz，由于开关性能的提高，IGCT和大功率IGBT的开通和关断损耗都相对较低，因此可以工作在1~3kHz的开关频率下。至2005年，以晶闸管为代表的半控型器件已达到70MW/9000V的水平，全控器件也发展到了非常高的水平。当前，硅基电力电子器件的水平基本上稳定在10-10W·Hz左右，已逼近了由于寄生二极管制约而能达到的硅材料极限。由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生二极管制约而能达到的硅材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发展方向：一是采用(cǎiyòng)各种新的器件结构；二是采用(cǎiyòng)宽能带间隙材料的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。碳化硅功率(gōnglǜ)二极管碳化硅MOSFET器件碳化硅IGBT碳化硅晶闸管碳化硅功率(gōnglǜ)二极管碳化硅MOSFET器件(qìjiàn)三菱公司报道的1.2kV碳化硅MOSFET器件的导通比电阻为5mΩ·cm2，比硅基的CoolMOS的性能指数好15~20倍。美国Cree公司报道了8.1mm*8.1mm、阻断电压10kV、电流20A的碳化硅MOSFET芯片，其正向阻断特性如图3所示。通过并联这样的芯片得到的模块可以具备100A的电流传输能力(nénglì)。该器件在20V的栅压下的通态比电阻为127mΩ·cm2，同时具有较好的高温特性，在200℃条件下，零栅压时可以实现阻断10kV电压。在碳化硅MOSFET的可靠性研究方面，有研究报道了在350℃下碳化硅栅氧层具有良好的可靠性。碳化硅IGBT图5对15kV的N-IGBT和MOSFET的正向导(xiàngdǎo)通能力做了一个比较，结果显示，在结温为300K时，在芯片功耗密度为200W/cm2以下的条件下，MOSFET可以获得更大的电流密度，而在更高的功耗密度条件下，IGBT可以获得更大的电流密度。但是在结温为127℃时，IGBT在功耗密度为导通比MOSFET更高的电流密度。同一年，该团队还报道了阻断电压达到12kV的P沟道碳化硅IGBT，导通比电阻达到14mΩ·cm2。新型高温高压碳化硅IGBT器件将对大功率应用，特别是电力系统的应用产生重大的影响。在15kV以上的应用领域，碳化硅IGBT综合了功耗低和开关速度快的特点，相对于碳化硅的MOSFET以及硅基的IGBT、晶闸管等器件具有显著的技术优势，特别适用于高压电力系统应用领域。/碳化硅晶闸管在电力系统(diànlìxìtǒnɡ)中的应用作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电特性，正越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要系统优势在于具有高压(达数万伏)高温(大于500℃)特性，突破了硅基功率半导体器件电压(数kV)和温度(小于150℃)限制所导致的严重系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研发出来，由于受成本(chéngběn)、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在600~1700V。随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器件的道路上取得进步。随着高压碳化硅功率器件的发展，已经研发出了19.5kV的碳化硅二极管，3.1kV和4.5kV的门极可关断晶闸管(GTO)，10kV的碳化硅MOSFET和13~15kV碳化硅IGBT等。它们的研发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统中的高压领域开辟全新的应用，对电力系统的变革产生深远的影响。固态变压器柔性交流(jiāoliú)输电静止无功补偿高压直流输电固态(gùtài)变压器目前在世界上对固态变压器的研究主要包括：欧盟的UNIFLEX-PM(未来(wèilái)电网通用灵活电能管理先进功率变流器)项目，每相采用4个H桥串联来承受1.9kV电压；美国FREEDM(未来(wèi