電力電子集成技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

劉博

摘 要：在現(xiàn)代文明中電能占據(jù)著重要地位，既是現(xiàn)代化建設中重點建設部分，也是維持人們日常工作、生活的重要保障之一。并促進工業(yè)化、自動化、信息化的發(fā)展。伴隨科學技術的進步，電能的生產、輸送、利用等比以往得到了較大的改善。本文分析了電力電子集成技術的概念，所具有的意義，以及電力電子集成技術的研究內容、發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：重要意義；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

對電力電子集成技術、生產裝置、維護裝置等的研究，往往需要大量的資金、物力、人力的投入，阻礙了電力電子裝置的推廣使用，約束了電能使用技術的發(fā)展。使得電力電子集成技術約束了電力電子技術的發(fā)展與進步。所以，對電力電子集成技術進行深入研究，有利于實現(xiàn)電力電子技術的推廣使用。

1 電力電子集成技術的概念和重要意義

1.1 概念

電力電子集成技術的概念最初出現(xiàn)在上個世紀五十年代，，當時世界上第一臺計算機ENIAC于美國誕生，并受到廣泛關注，此后更是不斷進步。接著出現(xiàn)了晶體管計算機，集成電路就是在此時出現(xiàn)的。對于人類社會的科技發(fā)展，集成電路功不可沒。逐步出現(xiàn)單片集成，集成的片內系統(tǒng)理念也初步形成。單片集成在電流、導熱等方面具有明顯的缺陷，因此適用范圍狹窄，無法實現(xiàn)廣泛的推廣和使用。現(xiàn)階段，逐漸明確了電力電子集成化的思想，將電力電子功率的模板做基礎，進行單片集成技術的創(chuàng)新與改革，以逐漸形成更具完善性的集成化的理念。

1.2 重要意義

電力電子集成技術的提升和電力電子行業(yè)的發(fā)展息息相關。這對復雜的電力電子集成系統(tǒng)的研發(fā)比較有利，會有效的降低設計成本以及設計的人力、物力投入，進一步創(chuàng)新電力電子行業(yè)的技術，對電力、能源以及工業(yè)生產的自動化產生深遠的影響。同時電力電子領域的技術密集產業(yè)以及勞動等問題可以被電力電子集成技術的發(fā)展和進步過程中很好的解決。

2 集成技術的不同層次和形式

2.1 單片集成

在加工的過程中使用半導體集成電路方法是在同一片硅片上集成制作電力電子電路中的功率器件、驅動、控制和保護電路，其主要思想為SOC單片系統(tǒng)概念。和其他集成方式相比，這種集成方式的集成度最高，比較適合自動化、大批量生產，成本較低，但是制造工藝差別較大，還存在傳熱、高壓隔離等問題。所以單片集成的難度較高，當前使用的范圍較小。

2.2 混合集成

所謂的混合集成技術，是一種封閉操作的混合技術，其主要是在一塊模版中組合功率器件、保護電路等相關的硅片，進而通過相互獨立的工作形式形成一個個獨立的工作的單元。該混合集成技術能夠把產品加工過程中高壓隔離等問題很好的解決，同時具有高密度集成的優(yōu)點，由于具有體積小、質量輕等特性，在電子集成領域被廣泛的運用。但是因為其內部存在電磁兼容的問題，需要進一步提升其可靠性。

3 主要研究內容及現(xiàn)狀

3.1 電力電子集成模塊的電路技術和磁技術

電力電子集成模塊主要的研究內容便是集成模塊，是具有較高技術和通用性的主電路，并且包含控制電路、驅動電路等原件。因此選擇集成模塊作為研究的目標可有效提高性能，降低工程中能源的消耗，并且該技術方案具有較高的可靠性。可使用直流交換電力開關、交流變換電力開關等器件進行主電路的研究，有效的對電子集成模塊的進行使用。

3.2 新型電力電子器件

在進行新型電力電子器件的研究時，可將主要研究對象定為Si器件與SiC器件。并將相應的改進工藝作為主要的研究。并將研究致力于如何實現(xiàn)器件損耗的有效降低，并使開發(fā)模塊的散熱裝置和發(fā)熱水平得到保障。

3.3 電力電子集成模塊的封裝技術

目前我國在電力電子集成方面的主要方式為混合集成，對電力電子集成模塊的封裝技術進行重點研究。可以使用在集成上的主要技術是鋁絲鍵合技術，與其他的技術相比更具便利性和實用性，并且只需投入較低的成本。然而該技術并非都是優(yōu)勢，其缺點如下：

不具備較大的點面積與鍵，因此對于熱的傳遞速度過慢。并且熱點具有一定的集中性，在芯片中會出現(xiàn)局部過熱進而使芯片損毀。電流過于集中在局部且不易擴散，因此在開關等絕緣處發(fā)生過電現(xiàn)象。鋁絲間的電流經(jīng)常集中在某一部位，因此分布不均。

因此，在進行鍵與技術的研究時，可能會出現(xiàn)上述問題，應加強研究多芯片模塊技術。并且在進行研究時，除了對加工集成電路、組裝集成電路的方法進行借鑒外，還要對不同裸片進行集中，從而在安裝時有利于多層互聯(lián)工作的開展，有效的保障所制作的模塊的功能具有一定的完整性。

3.4 電力電子集成模塊的計算機仿真、輔助設計理論和方法

IPEM具有較為復雜的結構，較高的集成度、并且工藝上也具有一定的復雜性。傳染、控制、材料、電路等都屬于IPEM進行設計和技術問題所包含的內容。因此，需要在計算機上進行輔助設計工作和仿真設計工作。然而當前階段已有的開發(fā)軟件不能滿足該工作需求。要將輔助的設計工具與具有電路、傳熱、電磁場等為一體的仿真設計工具進行有機結合，進而實現(xiàn)設計的目的。這就需要進行輔助設計和仿真設計的工具在開發(fā)時具備更高的技術水平，以滿足實際更高的需求。

4 電力電子集成技術的發(fā)展趨勢

在科學技術高速發(fā)展的當下，隨著新型的半導體材料的進一步改善，與材料加工工藝的不斷提高。單片集成必定將大功率作為未來的發(fā)展方向與發(fā)展趨勢，可有效提高使用范圍與推廣范圍的持續(xù)擴大。混合集成在技術水平與集成的程度上具有較為明顯的優(yōu)勢，因此，在未來一段時間內電力電子集成技術方面，混合集成具有廣闊的發(fā)展前景。對電力電子集成模塊中電路技術、磁技術進行較為深入的研究并不斷改善，可有效實現(xiàn)電路性能的提升與能源損耗的降低。所以，電力電子集成技術的發(fā)展趨勢與發(fā)展方向比定位電路元件、功率原件等器件的效應集成。從而有效的降低生產成本，實現(xiàn)自動化生產，并保障元件內部具有高度集成度。

5 結束語

自電力電子技術誕生，并逐步進步與發(fā)展，人們對于電能的利用方式發(fā)生了重大改變。并且隨著電力電子技術的進步和發(fā)展逐漸轉變了人們對電能使用的理念。結合當前階段電力電子技術在我國的發(fā)展情況，其主要存在的問題便是可應用電力電子裝置的范圍受到了一定程度上的限制，進而阻礙了電力電子技術的發(fā)展。因此，應當對電力電子集成技術的未來發(fā)展進行詳細研究和分析。與先進的科學技術進行有機結合，并對集成形式進行相應的優(yōu)化，從而實現(xiàn)電力電子集成技術應用范圍的擴大，可以進行有效推廣與利用，不斷促進電力電子集成技術產業(yè)化的發(fā)展。

參考文獻

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