浅议电力电子集成技术现状和发展趋势

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1、浅议电力电子集成技术现状和发展趋势　　【摘要】电能作为人类文明发展和进步影响最为重要的能源，推动着人类社会朝着工业化和信息化的方向不断发展。随着人类科技的不断进步，电能在生产、传输以及利用上已经有着明显的进步和改善。但是电力电子技术存在诸多问题，复杂的电力电子设备阻碍了电力电子设备的广泛应用。经济的发展促使更多的领域的发展需要运用电力电子设备，但是电力电子集成技术严重阻碍了电力电子设备推广和普及。研究分析电力电子集成技术的现状，分析其发展趋势，在了解当前的研究结构和内容的基础上探索电力电子集成技术的未来方向。明确集成技术的重要意义，推

2、动整个电力电子集成技术的发展和进步，进而实现更好的利用和开发电能，促进人类社会的文明和进步。【关键词】电力电子集成技术；集成技术的分类；分析现状；探讨发展趋势5电力电子技术在研发，以及装置的生产和维护上需要大量的人力资源和物力资源的投入，导致电力电子装置的使用范围受到严重的限制，最终阻碍了电能在使用技术方面的发展和进步。同时根据国际电力电子学界的分析研究发现，电力电子技术的发展主要受到电力电子集成技术的制约。因此解决电力电子集成技术对于扩展电力电子技术使用范围有着至关重要的意义。概括电力电子集成技术的不同层次和形式，探讨集成技术的发展

3、现状，研究分析电力电子集成技术的发展趋势。实现电力电子装置在设计和生产上的成本最小化，可靠性最大化的目的，达到电力电子模板将功率器件、电路元件以及控制器、动作开关等部件有机的集成起来，形成标准化的生产模板。促进电能的高效、科学、合理的开发和利用，为国民经济的稳定发展提供保障条件。一、电力电子集成技术的概念（一）概念。电力电子集成概念的出现已经有几十年的时间，世界上第一台计算机ENIAC在1946年诞生于美国的宾夕法尼亚大学，随着这类计算机的发展，晶体管计算机问世并不断发展起来，出现了集成电路。集成电路的发展和进步促进了人类科技的迅猛发

4、展。同时出现了早期的单片集成，并且进一步证实了在同一块硅片上将主电路、驱动、保护电路以及控制电路等元件集成的片内系统（SystemOnChip—SOC）理念。但是单片集成存在高压隔离、传热、以及小电流电路元件制造工艺上的差距明显等问题。造成单片集成只能在小功率的范围内应用。随着电力电子集成化的明确，现在市场上广泛使用的电力电子功率模板在革新单片集成技术的基础上，对集成化的理念更为完善和创新。（二）电力电子集成技术的研究机构。以美国电力电子研究中心（CenterforPowerElectronic5System-CPES）为核心机构，德

5、国赛米控公司，瑞士ABB公司以及西班牙国家微电子研究中心等权威性的电力电子集成技术的研究机构。二、电力电子集成技术的分类电力电子集成技术可分为三种不同的形式和层次。第一种是单片集成，是片内系统（SystemOnChip—SOC）理念的具体表现，在同一块硅片上设计将主电路、驱动、保护电路以及控制电路等元件集成起来。具有降低成本、减少体重的优势，但是其存在的高压隔热以及传热等问题突出。第二种是混合集成，利用封装技术，在同一个模块中将包括功率器件、驱动以及保护电路、控制电路的数块硅片封装，形成功能相较完整、独立的元件，更好的解决了不同工艺要

6、求的高压隔热等问题。第三种是系统集成，这种集成方式在工程技术行业的应用最为普遍。三、电力电子集成技术的重要意义电力电子集成技术的改进关系着整个电力电子行业的发展。有利于实现复杂的电力电子应用系统研发，设计成本以及设计的人力物力成本的降低，促进电力电子行业的技术革命创新，影响着电力、能源以及工业生产过程的自动化。同时电力电子集成技术的发展和进步有利于改善电力电子领域的劳动以及技术密集的产业问题。四、电力电子集成技术的现状5在电力电子集成模块的结构设计原理中，分析模块的可靠性能以及制造成品的成功概率等方面发现，制造成品的成功率随着模块中的

7、集成元件的数量的增加而降低。电力电子装置的复杂性能随之增加。同时控制电路影响着装置的灵活性能，因此不同用途的集成模块不能随意更换控制电路。集成模板内部的铝丝键合工艺存在很多问题，工艺的寄生电感大，造成元件的过高开关过电压问题，进而形成开关应力。铝丝过细，导致其传热性能不强。同时并联多根铝丝，造成电流分布不均匀，出现局部电流过于集中的问题。单片集成的应用范围并不广泛，仅在小功率的范围内才有所应用，目前，混合集成重要是以中等级别的功率应用为主。系统集成在构成上是以分立的元件为主，在设计、制造上，过程复杂，成本高，集成的优点并不能很好的体现

8、出来。五、电力电子集成技术的发展趋势5随着新型半导体材料的发展以及加工工艺的改善，单片集成必然朝着较大功率的范围推广、普及应用。混合集成在集成程度以及技术难度上有一定的发展优势，因此，在未来的电力电子集成技术上，仍旧有一