現(xiàn)代電力電子集成技術(shù)綜述

楊儉

摘 要：現(xiàn)在我國(guó)社會(huì)在不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)水平也在不斷提高，現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域的建設(shè)開始向國(guó)際靠攏。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)中，我國(guó)的自然資源起到的作用非常重要，現(xiàn)在電能的社會(huì)需求量越來越大，可以說直接關(guān)系到人們的日常生活和工作生產(chǎn)正是由于電力得到充分開發(fā)利用的緣故，我們的社會(huì)也在不斷走上現(xiàn)代化?，F(xiàn)在無論是電能的傳輸還是應(yīng)用，都已經(jīng)得到了社會(huì)各界的認(rèn)可，但是如何提高其應(yīng)用效率，這也已經(jīng)成為社會(huì)各界更加關(guān)注的問題，也是未來我國(guó)電力電子科學(xué)技術(shù)的努力方向。

關(guān)鍵詞：電力電子；電子集成；技術(shù)現(xiàn)狀

電力電子技術(shù)的不斷改革，也在推動(dòng)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在電子行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的前提是電子電力繼承技術(shù)的發(fā)展，這也是電能的應(yīng)用范圍進(jìn)一步提高的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在電子電力技術(shù)還在不斷改進(jìn)的過程中，電子應(yīng)用系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中所耗費(fèi)的各項(xiàng)資源也大幅減少，不僅提高了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化。所以總結(jié)起來，電子電力繼承技術(shù)是一項(xiàng)高技術(shù)、高質(zhì)量的新產(chǎn)物他，也有較好的應(yīng)用效果。

1 集成技術(shù)的類型

電力電子集成技術(shù)的應(yīng)用至今已經(jīng)有十幾年，其最早仍然以單片集成為主，為了進(jìn)一步讓功率范圍提高，所以混合集成方式應(yīng)運(yùn)而生?？偨Y(jié)起，發(fā)展經(jīng)過了三個(gè)時(shí)期。

1.1 單片集成技術(shù)

使用半導(dǎo)體集成電路的方式來進(jìn)行加工，讓電路當(dāng)中的器件和控制、和保護(hù)電路都在同一個(gè)硅片上集成，這就是單片集成系統(tǒng)。這種方式的特點(diǎn)在于其具有最高的集成度，適合于大規(guī)模生產(chǎn)和制造，并且大大降低了制造成本，設(shè)備的體積和重量也得到了控制。但是從另一方面來看，是其工藝差別較大，電壓隔離也是一項(xiàng)重要問題，所以現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍還較為狹窄，這僅能在小功率設(shè)備中應(yīng)用。

1.2 混合集成

采用封裝操作的方式的來進(jìn)行混合集成，就是混合集成技術(shù)。其特點(diǎn)是通過一系列功率器件和保護(hù)來對(duì)電路進(jìn)行有效控制。這種集成方法是將功率器件和保護(hù)電路安裝在一個(gè)模板上，之后通過不同功能的獨(dú)立工作從而形成一個(gè)獨(dú)立單元。這種集成方法可以實(shí)現(xiàn)高壓隔離，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高密集集成。這種集成設(shè)備體積小、重量輕，所以應(yīng)用較為廣泛，但是也由于其內(nèi)部存在一系列兼容問題，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)來提高可靠性。

1.3 系統(tǒng)集成技術(shù)

現(xiàn)在很多設(shè)備的產(chǎn)生已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的組裝，經(jīng)過一系列搭配就可以形成一個(gè)較為完整的器械系統(tǒng)?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)發(fā)展水平越來越高，所以在集成過程中，可以選用某個(gè)單獨(dú)的電路設(shè)備和裝備來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體性。其實(shí)集成主要體現(xiàn)在功能上，而技術(shù)集成的要求并不高，經(jīng)過將這些系統(tǒng)的組合，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，組合而成的設(shè)備雖然功能較為完善，但是其重量較大，體積龐大，所以應(yīng)用范圍也受到了限制。

2 主要研究?jī)?nèi)容及現(xiàn)狀

2.1 電力電子集成模塊的電路技術(shù)和磁技術(shù)電力電子集成模塊研究的主要內(nèi)容涉及的集成模塊是具有一定通用性能的主電路，控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路等相關(guān)的技術(shù)性元件。在研究目標(biāo)的選擇以及提高方面具有顯著的性能，并能夠在使用過程中有效的降低耗損，是一種單一可靠的技術(shù)方案。在進(jìn)行主電路的研究中可以應(yīng)用交流/直流變換開關(guān)電路等相關(guān)的元件，保證電子集成模塊能夠有效使用。

2.2 新型電力電子器件。在新型電力電子器件研制中，主要針對(duì)的是對(duì)SiC器件和Si器件進(jìn)行改進(jìn)與工藝研究，研究成果主要是降低器件的耗損性，并且減小發(fā)熱量，改善模塊的散熱裝置。

2.3 電力電子集成模塊的封裝技術(shù)。我國(guó)在電力電子集成方面主要采用的是混合集成，因此對(duì)于電力電子集成模塊的封裝技術(shù)就要重點(diǎn)進(jìn)行研究。目前集成方面主要使用的是鋁絲鍵合技術(shù)，不僅使用簡(jiǎn)單，還會(huì)降低投入的成本；然而缺點(diǎn)也是顯而易見的：（1）鍵合點(diǎn)面積過小、熱感傳遞速度差；熱點(diǎn)比較集中，容易造成芯片局部過熱形成破壞。（2）電流集中不容易擴(kuò)散，使開關(guān)等絕緣的地方容易形成過電現(xiàn)象。電流在鋁絲之間分布不均，形成局部電流過于集中。因?yàn)樵谶M(jìn)行鍵合技術(shù)的同時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)很多不同的問題，所以主要研究的是多芯片模塊技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的研究，不僅需要借鑒集成電路的加工及組裝方法，同時(shí)還要把不同的裸片集中在一起進(jìn)行安裝，進(jìn)行多層的互連工作，制作成完整功能的模塊。

2.4 電力電子集成模塊的計(jì)算機(jī)仿真、輔助設(shè)計(jì)理論和方法

IPEM集成度高、結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，其設(shè)計(jì)涉及到電力電子器件、電路、控制、電磁、材料、傳熱等不同領(lǐng)域的技術(shù)問題，必須借助計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具，但現(xiàn)有的軟件都不能勝任這一工作，要將電路、電磁場(chǎng)、傳熱等多種不同的仿真和CAD方法集成起來才行，這對(duì)仿真和CAD理論提出了新的挑戰(zhàn)。

基于應(yīng)用，優(yōu)選半橋拓?fù)涞闹悄芄β式M件也在陸續(xù)研究和樣機(jī)研制階段，壓接、銅工藝、超聲焊接等新型封裝與互連技術(shù)正逐步開展技術(shù)攻關(guān)與示范應(yīng)用。未來，在國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)扶持與龐大的多樣化市場(chǎng)需求引領(lǐng)下，國(guó)內(nèi)的電力電子集成技術(shù)將進(jìn)一步縮小與國(guó)外的差距，甚至倒逼形成更為新型的解決方案。

3 電力電子集成技術(shù)發(fā)展方向

現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平還在進(jìn)一步提高，近年來在半導(dǎo)體行業(yè)我國(guó)也已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，工藝正在不斷改善的同時(shí)，其應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。單片繼承應(yīng)用范圍較為廣泛，其未來的發(fā)展方向是功率將會(huì)越來越大；混合集成技術(shù)難度較高，但未來也會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步而獲得更為廣闊的發(fā)展前景。面對(duì)在電力電子集成模塊中電路技術(shù)等相關(guān)提升電路性能技術(shù)的推廣，必然能夠有效的提升技術(shù)的使用性能，降低損耗的產(chǎn)生。未來智能電力電子標(biāo)準(zhǔn)化模塊的使用也將成為新的發(fā)展方向。未來5～10年或更長(zhǎng)時(shí)間，集成式智能功率構(gòu)件技術(shù)將呈現(xiàn)有序發(fā)展態(tài)勢(shì)，在更多實(shí)用產(chǎn)品陸續(xù)推出后，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作也將取得推進(jìn)。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)電力電子技術(shù)的長(zhǎng)時(shí)間開發(fā)，現(xiàn)在電力電子技術(shù)也已經(jīng)有了了更為確切的發(fā)展方向。電力電子技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，但是其裝置越來越復(fù)雜，這也在逐漸形成一對(duì)矛盾。就設(shè)備分類來說，電力電子設(shè)備形態(tài)各異，尺寸也有明顯區(qū)別，所以設(shè)備的維護(hù)和生產(chǎn)都需要大量的投入，這也給技術(shù)的推廣帶來了不便。所以就現(xiàn)階段的工作重點(diǎn)而言，我們應(yīng)采取有針對(duì)性的對(duì)策，進(jìn)一步推廣技術(shù)的適用范圍，這樣才能保證相關(guān)工作的順利開展。

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