电力电子的集成综述

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1、电力电子的集成综述OverviewofPowerElectronicsIntegrationTchnology张卫平，李志，孙哲峰，雷禹周北方工业大学绿色电源北京100041摘要：本文阐述了集成技术对于电力电子技术发展的重要意义以及电力电子集成的分类和概念，总结了当前电力电子集成技术的研究内容和最新进展情况。叙词：电力电子，集成技术，封装互连，EMC设计，模块热管理中图分类号：TN6文献标识码：A文章编号：1606-7517(2015)02-4-113O>፛ዔ主电路拓扑结构研究等。驱动电路方面有可以降低有关噪声的有源驱动技术等。控制电路方面有基于DSP和E

2、PLD电力电子技术的发展改变了人们利用电能的方式和观的可重复编程数字控制电路等。通信接口方面有基于现场念。但是，直到今天，电力电子产品主要特点仍然是不同总线技术和光纤的接口技术等。磁技术方面主要是对集成的负载对应着不同的电路结构、控制技术，而且以手工生磁件和电容、电感、变压器等混合集成进行研究。产方式为主。这种生产方式存在着诸多问题，如非标准件多，所谓电力电子模块集成技术，就是将目前电力电子装制造劳动强度大，设计周期长，成本高，产品可靠性低等，置中的功率器件、驱动电路、控制电路和保护电路封装到使电力电子制造商面临许多困难和问题。为了解决这些问一个集成模块内

3、部，成为一个功能相对完整的、具有一定题，并进一步显著改善电力电子系统的性能，工业界向学通用性的元件。一般包含以下几种集成形式：术界提出了强烈要求，希望研究新的理论和技术，改变生(1)一种是单片集成：将所要集成的所有元器件都采用产方式。受信息电子系统集成技术的影响和启发，前两任统一的加工工艺和技术，集成在同一片硅片。目前由于制IEEE电力电子学会主席，弗吉尼亚大学教授FredC.Lee造工艺、高压和低压的隔离、电磁隔离和散热等技术的不在1996年提出了电力电子系统集成的概念，其核心思想是，成熟，所以单片集成技术仅适用于小功率电力电子电路的用集成技术使电力电子

4、系统中的各种功能电路模块化或集集成。单片集成有可能成为电力电子集成技术的未来发展成化，形成标准模块，用这些标准模块构成不同用途的电方向。力电子应用系统。(2)一种是混合集成，采用封装的技术手段，将分别包P>࢟ೆ࢟ᔇૹ߅ࡼॊಢਜ਼ૹ߅গศ含功率器件、驱动、保护和控制电路的多个硅片封入同一电力电子集成分为两种：一种是电力电子电路集成技模块中，形成具有部分或完整功能且相对独立的单元。这术；一种是电力电子模块集成技术。电力电子电路集成技种集成方法可以较好地解决不同工艺的电路之间的组合和术研究的内容主要涉及适用于集成模块内的具有通用性标高电压隔离等问题，具有较高的集成

5、度，也可以比较有效准化的主电路、控制电路、驱动电路、保护电路、电源电地减小体积和重量，但目前还存在分布参数、电磁兼容、路及磁性元件技术。研究的目标是提高电路性能，降低损耗，传热等具有较高难度的技术问题，并且尚不能有效地降低以尽可能单一的电路方案适应尽可能广泛的应用。主电路成本，达到较高的可靠性，因此目前仍以中等功率应用为主，方面的研究有用于AC-DC或DC-AC变换的软开关电路、并正在向大功率发展，混合集成将是目前电力电子集成技用于DC-DC变换的移相全桥型电路和半桥型谐振电路和术的主要方向。2015.02·磁性元件与电源113(3)另一个是系统集成即人们

6、可以根据电力电子系统集并联的多根铝丝电流分配不均匀、有较大的局部寄生电感、成理论和设计规则，利用上述这些子系统方便地集成和扩较大的高频电磁应力等，以至影响键合寿命。目前，国际[1]展为最终用户所需要的要实现上述目标。上已提出多种技术方案，根据其互连方式大体可以划分为两类，以焊接技术为基础的互连工艺和以沉积金属膜（薄Q>ᓍገዐ௅ดྏૺሚᓨ[3]膜或厚膜）为基础的互连工艺。①以焊接技术为基础的互连工艺普遍采用叠层型三维封装结构，即把多个裸芯片QLO>ෝ్ࡼॖᓤਜ਼ઑೌଆၣ或多芯片模块沿z轴层层叠装、互连，组成三维封装结构。目前，集成主要采用混合集成方式，因此，封

7、装技术层叠三维封装的优点是工艺相对简单，成本相对较低，关就成为电力电子集成研究的关键。键是解决各层间的垂直互连问题。目前焊接互连有焊料凸(1)MCM封装技术：MCM是由一种由两个或者两个点互连和金属柱互连平行板结构。焊料凸点互连：该技术以上的裸芯片或者芯片尺寸封装的IC组装在一个基板上的利用焊料凸点代替引线构成芯片电极的引出端并常与倒装模块，模块组成一个电子系统或子系统。MCM分三种基芯片技术结合，以进一步缩短引线间距。焊料凸点互连的本类型，一种是MCM-L（采用片状多层基板的）；一种是优点在于省略了芯片和基板之间的引线，起电连接作用的MCM-C（是采用多

8、层陶瓷基板的）；另一种是MCM-D（是焊点路径短、接触面积大、寄生