电源装置的设计大部分是基于分立的非标准化(DOC9页)VIP免费

第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共9页1引言一提到集成技术，人们想到的首先就是集成电路（IC）。集成电路技术在微电子领域取得了巨大的成功。如果没有集成电路，没有集成芯片，我们今天生活的世界会是个什么样子。我们每天所使用电视机等各种电子产品、计算机、MP3、因特网等等，没有一种不是以集成芯片为核心部件。离开了这，我们的时代根本算不上信息化、现代化。其实，“集成”这一概念不只用于集成电路，它有相当的普遍性，小至一个产品，大到整个社会，都可以使用“集成”这一概念。在信息电子领域，集成电路成功的改变了整个世界。而在电力电子领域，集成技术的成功就不那么容易。近年来，国际上把集成技术用于电力电子的呼声甚高。许多大学、科研单位和大公司在这一领域进行了积极的探索，我国在这些方而的研究也已经起步。与信息电子电路的集成技术相比，电力电子集成技术有其相同点，但也有更多的不同点。其共同点是，二者集成的对象都是电子电路。因此，集成电路中的许多技术都为电力电子集成技术所借鉴。例如，单片电力电子集成技术就和集成电路十分相似。起源于集成电路封装技术的多芯片模块（MultiChipModule-MCM）技术就对电力电子集成技术有很大的借鉴意义。共同点主要是：信息电力技术特别容易在单个芯片上实现，甚至出了片上系统（SystemonChip-SOC）的概念和技术。而在电力电子集成中，单片集成就要困难很多。因为电力电子中主电路通常电压较高、功率较大、发热严重、电磁干扰也严重，而控制电路通常电压较低、本身功耗不大也难于承受高压，抗电磁干扰性能也较弱。因此，电压隔离、热隔离、抗电磁干扰就成为电力电子集成技术的三大问题。更低的成本、更小的体积和更高性能是电源生产商和用户永恒的追求。然而目前电源装置的设计大部分是基于分立的非标准化的器件，生产劳动强度高，这导致了设计周期较长和较高的成本；另外，随着电力电子半导体器件的快速发展，开关频率越来越高，在装置体积能得到进一步减小的同时，寄生参数对电源性能和可*性的影响也越来越显著，器件的损耗也越来越大。目前，电力电子学界普遍认为电力电子集成技术是解决这些问题最有效的手段[1-3]，图1给出了传统电源装置和采用集成模块构成的电源装置对比图。电力电子集成技术可分为单片集成，即把电源的所有部分集成在一个芯片上，混合封装集成、系统集成三个不同的层次。单片集成就是类似集成电路的集成；混合封装集成就是把主电路芯片、驱动、控制芯片采用混合封装的形式集成在一个壳体内；系统集成的概念还比较模糊，它是指把不同的元件和部件集成为一个电力电子系统，有人认为系统集成还不算真正意义上的电力电子集成。单片集成适用于功率小，电压低的场合，以TOPswitch和PowerIC为代表的单片集成电源已经取得了很大的成功，如图2所示。但当功率稍大、电压稍高时，由于电压隔离、热隔离、电磁干扰三大原因，实现单片集成就很困难了。当然，单片集成工艺简单、成本低廉，随着半导体技术的不断进步，特别是在电子材料方面如能取得突破，单片集成仍有很大的优势，其使用的功率范围和电压范围会不断扩大。第2页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共9页在几百瓦及lkW以上电压稍高的范围内主要采用混合封装集成技术，这是一种折衷解决方案。目前，对电力电子集成技术的研究主要集中在这一领域。电力电子集成技术运用于批量大，应用面广的产品，因此有可能在变频器和电源产品中取得突破，图3给出了基于集成模块的分布式电源系统结构图。有人认为，电力子技术实际上就是研究电源的技术，本文所说的“集成电源”就是指采用电力电子集成技术所制造的电源，其中重点论述采用混合封装技术的集成电源。与微电予技术不同，电力电子集成技术处于起步阶段，因而有许多关键技术问题需要研究。2集成电源的关键技术采用混合封装电力电子集成技术的集成电源有以下关键技术：(1)模块内互连技术；(2)模块内电磁优化设计；(3)模块的传热技术与热设计；(4)新型封装材料；(5)无源元件集成技术。下面对这些问题分别进行沦述...