電力電子集成技術的現狀及發展方向

胡國浩 馬春博 孫鵬 鄭浩

摘要：在人類的發展過程中，電力是最重要的能源資源，自電力被人們發明以來，在推動人類社會進入工業化、信息化的過程中發揮著十分重要的作用。在近些年來，隨著先進科學技術在電力輸送以及電能生產中的應用，電力電子集成技術作為電力發展的新方向和新技術也取得了長足的進步。本文基于此，對電力電子集成技術的概念作了分析和介紹，其次深入地分析了電力電子集成技術的未來發展方向，希望能夠為相關的行業從業人員提供一定的思路和方法。

關鍵詞：電力電子集成技術;發展方向;發展前景;發展現狀

一、何謂電力電子集成技術

1.1電力電子集成技術的概念

電力電子集成技術，其產生最早可以追溯到上個世紀，在美國研究出了第一臺電子計算機之后，越來越多的新型計算機被研發了出來，這其中，晶體管計算機便是其主要代表。而晶體管計算機的出現，則意味著集成電路的形成。集成電路的產生讓人們對電力的研究又上了一個層次，舉例來說，早期人們對集成技術的掌握還局限在單片集成方面，且形成了集成的片內系統概念。但是與后來產生的多片集成相比，當時的單片集成產物還存在著電流傳導小、發熱嚴重的缺陷，這些問題的存在在一定程度上限制了單片集成的發展和普及?，F階段，電力電子集成思想已經初步形成，如何在單片集成上應用電子功率模板來推動單片集成的改革，形成一個更加全面的集成理念，是電力電子集成技術的未來主要發展方向。

1.2電力電子集成技術的意義

對于電力電子行業來說，電力電子集成技術的成熟和提升對其具有十分重要的推動作用。通過研發電力電子集成技術，能夠顯著推動復雜電力電子集成系統的研發效率，顯著降低在整個研發過程中的研發成本以及相關資源的使用，有效實現對電力電子行業技術的創新，這對于電力以及工業的發展和進步都有著十分重要的作用。另外，通過電力電子集成技術的快速發展，能夠有效解決電力電子領域的勞動力問題以及技術密集產業分配問題。

二、集成技術的不同層次和表現形式

2.1單片集成

在進行電力電子技術加工的過程中，通過應用半導體集成電路，形成在單一硅片上電力電子電路功率器件、驅動設備、控制元件以及保護電路的形成，是單片集成系統的概念。與其他的電力集成方法相比，單片集成的集成度是最高的，因此可以應用于自動化、大規模生產，其生產所花費的價格較低，但是在進行單片集成的過程中，面臨著制造工藝差別較大、熱力傳導較多、高壓隔離等一系列問題，因此單片集成的工藝難度是比較高的，其適用范圍受到了一定的限制?，F階段，針對新型半導體材料的制造工藝越來越完善，其進步也越來越明顯，因此可以預料，在未來大功率是單片集成的主要發展方向。

2.2混合集成

混合集成，就是指在封閉的環境下進行集成操作的技術，具體來說，就是指在一個模版上實現對保護電路、各種功率器件的拼接和組合，再借助獨立的工作形式將其拼接成獨立的工作單元。這種混合集成技術能夠將硅片產品加工過程中存在的高壓隔離問題以及其他發熱問題有效的解決，同時將高密度集成的優點有效的保留。通過混合集成生產出的集成線路具有體積較小、質量較輕的特性，因此被廣泛應用于電子集成領域。但是與其他集成方式相比，混合集成存在的較為明顯的缺點便是內部存在著電磁兼容的問題，因此其可靠性無法得到保障。

2.3系統集成

在進行機器的組裝時，現階段世界范圍內已經基本上實現了借助實體設備來進行組裝，通過合理的組合以及搭配實現了機器系統的構架。由于電力電子技術處于不斷地變化過程中，因此在進行系統集成時，通過電路設備以及其他相關設備就能夠實現該項工作，從而有效地保障系統的完整性。對于系統集成來說，功能是集成的重點，通過集成不同的功能能夠實現系統功能性和適用性的擴大，并且降低集成的技術要求。借助這種方式形成集成系統，與單一的未集成系統相比，其體積較大，質量也相當大，因此無法有效地發揮集成線路的輕便、簡潔優勢。

三、電力電子集成技術的發展現狀

3.1電力電子集成模塊的相關技術

對于電子集成模塊研究來說，集成模塊是其研究的重點內容，其中含有了驅動電路、控制電路等一系列元件，因此其技術含量相對較高。在進行研究目標的選擇時，通過集成模塊的應用，能夠有效降低使用的功耗，這種技術方案的穩定性較強。在進行電路的研究時可以通過直流電以及交流電的不斷變化來對電路器件進行開關調控，從而確保電子集成模塊的安全性。

3.2新型電力電子器件

現階段，SiC器件以及Si器件都是新型電力電子器件的主要研究方向，它們主要用于改進工藝的研究。通過這些方面的研究，能夠有效降低器件的損耗，保障發熱水平。當前，研究人員在進行新型電力電子器件的研究時，主要是為了研究如何有效地降低電路器件的損耗，保障元件的發熱程度。

四、電力電子集成技術的發展趨勢

現階段，新型的半導體材料研發以及加工技術應用越來越廣泛，可以預料，在未來單片機陳的方向必然是大功率的使用，通過大功率單片技術的使用，能夠顯著提升單片集成技術適用范圍的擴大。而混合集成技術的發展優勢較為明顯，因此，未來電力電子集成技術的市場發展前景是較為廣闊、明亮的。通過對電力電子集成模塊的此技術以及電路技術進行研究和改進，能夠顯著提升電路的使用性能，有效降低電路使用過程中產生的損耗。在未來，電力電子集成技術的發展方向則是實現功率元件、電路元件的效應集成發展。

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（作者單位：哈爾濱理工大學榮成學院）