电力电子集成技术的现状及发展方向

刘博

摘 要：在现代文明中电能占据着重要地位，既是现代化建设中重点建设部分，也是维持人们日常工作、生活的重要保障之一。并促进工业化、自动化、信息化的发展。伴随科学技术的进步，电能的生产、输送、利用等比以往得到了较大的改善。本文分析了电力电子集成技术的概念，所具有的意义，以及电力电子集成技术的研究内容、发展现状以及未来的发展趋势。

关键词：重要意义；研究现状；发展趋势

对电力电子集成技术、生产装置、维护装置等的研究，往往需要大量的资金、物力、人力的投入，阻碍了电力电子装置的推广使用，约束了电能使用技术的发展。使得电力电子集成技术约束了电力电子技术的发展与进步。所以，对电力电子集成技术进行深入研究，有利于实现电力电子技术的推广使用。

1 电力电子集成技术的概念和重要意义

1.1 概念

电力电子集成技术的概念最初出现在上个世纪五十年代，，当时世界上第一台计算机ENIAC于美国诞生，并受到广泛关注，此后更是不断进步。接着出现了晶体管计算机，集成电路就是在此时出现的。对于人类社会的科技发展，集成电路功不可没。逐步出现单片集成，集成的片内系统理念也初步形成。单片集成在电流、导热等方面具有明显的缺陷，因此适用范围狭窄，无法实现广泛的推广和使用。现阶段，逐渐明确了电力电子集成化的思想，将电力电子功率的模板做基础，进行单片集成技术的创新与改革，以逐渐形成更具完善性的集成化的理念。

1.2 重要意义

电力电子集成技术的提升和电力电子行业的发展息息相关。这对复杂的电力电子集成系统的研发比较有利，会有效的降低设计成本以及设计的人力、物力投入，进一步创新电力电子行业的技术，对电力、能源以及工业生产的自动化产生深远的影响。同时电力电子领域的技术密集产业以及劳动等问题可以被电力电子集成技术的发展和进步过程中很好的解决。

2 集成技术的不同层次和形式

2.1 单片集成

在加工的过程中使用半导体集成电路方法是在同一片硅片上集成制作电力电子电路中的功率器件、驱动、控制和保护电路，其主要思想为SOC单片系统概念。和其他集成方式相比，这种集成方式的集成度最高，比较适合自动化、大批量生产，成本较低，但是制造工艺差别较大，还存在传热、高压隔离等问题。所以单片集成的难度较高，当前使用的范围较小。

2.2 混合集成

所谓的混合集成技术，是一种封闭操作的混合技术，其主要是在一块模版中组合功率器件、保护电路等相关的硅片，进而通过相互独立的工作形式形成一个个独立的工作的单元。该混合集成技术能够把产品加工过程中高压隔离等问题很好的解决，同时具有高密度集成的优点，由于具有体积小、质量轻等特性，在电子集成领域被廣泛的运用。但是因为其内部存在电磁兼容的问题，需要进一步提升其可靠性。

3 主要研究内容及现状

3.1 电力电子集成模块的电路技术和磁技术

电力电子集成模块主要的研究内容便是集成模块，是具有较高技术和通用性的主电路，并且包含控制电路、驱动电路等原件。因此选择集成模块作为研究的目标可有效提高性能，降低工程中能源的消耗，并且该技术方案具有较高的可靠性。可使用直流交换电力开关、交流变换电力开关等器件进行主电路的研究，有效的对电子集成模块的进行使用。

3.2 新型电力电子器件

在进行新型电力电子器件的研究时，可将主要研究对象定为Si器件与SiC器件。并将相应的改进工艺作为主要的研究。并将研究致力于如何实现器件损耗的有效降低，并使开发模块的散热装置和发热水平得到保障。

3.3 电力电子集成模块的封装技术

目前我国在电力电子集成方面的主要方式为混合集成，对电力电子集成模块的封装技术进行重点研究。可以使用在集成上的主要技术是铝丝键合技术，与其他的技术相比更具便利性和实用性，并且只需投入较低的成本。然而该技术并非都是优势，其缺点如下：

不具备较大的点面积与键，因此对于热的传递速度过慢。并且热点具有一定的集中性，在芯片中会出现局部过热进而使芯片损毁。电流过于集中在局部且不易扩散，因此在开关等绝缘处发生过电现象。铝丝间的电流经常集中在某一部位，因此分布不均。

因此，在进行键与技术的研究时，可能会出现上述问题，应加强研究多芯片模块技术。并且在进行研究时，除了对加工集成电路、组装集成电路的方法进行借鉴外，还要对不同裸片进行集中，从而在安装时有利于多层互联工作的开展，有效的保障所制作的模块的功能具有一定的完整性。

3.4 电力电子集成模块的计算机仿真、辅助设计理论和方法

IPEM具有较为复杂的结构，较高的集成度、并且工艺上也具有一定的复杂性。传染、控制、材料、电路等都属于IPEM进行设计和技术问题所包含的内容。因此，需要在计算机上进行辅助设计工作和仿真设计工作。然而当前阶段已有的开发软件不能满足该工作需求。要将辅助的设计工具与具有电路、传热、电磁场等为一体的仿真设计工具进行有机结合，进而实现设计的目的。这就需要进行辅助设计和仿真设计的工具在开发时具备更高的技术水平，以满足实际更高的需求。

4 电力电子集成技术的发展趋势

在科学技术高速发展的当下，随着新型的半导体材料的进一步改善，与材料加工工艺的不断提高。单片集成必定将大功率作为未来的发展方向与发展趋势，可有效提高使用范围与推广范围的持续扩大。混合集成在技术水平与集成的程度上具有较为明显的优势，因此，在未来一段时间内电力电子集成技术方面，混合集成具有广阔的发展前景。对电力电子集成模块中电路技术、磁技术进行较为深入的研究并不断改善，可有效实现电路性能的提升与能源损耗的降低。所以，电力电子集成技术的发展趋势与发展方向比定位电路元件、功率原件等器件的效应集成。从而有效的降低生产成本，实现自动化生产，并保障元件内部具有高度集成度。

5 结束语

自电力电子技术诞生，并逐步进步与发展，人们对于电能的利用方式发生了重大改变。并且随着电力电子技术的进步和发展逐渐转变了人们对电能使用的理念。结合当前阶段电力电子技术在我国的发展情况，其主要存在的问题便是可应用电力电子装置的范围受到了一定程度上的限制，进而阻碍了电力电子技术的发展。因此，应当对电力电子集成技术的未来发展进行详细研究和分析。与先进的科学技术进行有机结合，并对集成形式进行相应的优化，从而实现电力电子集成技术应用范围的扩大，可以进行有效推广与利用，不断促进电力电子集成技术产业化的发展。

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