電力電子技術向高集成度高頻化演進
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-09 04:02:33 來源:網絡
電力電子集成技術是研究熱點
功率集成技術的迅速發展使電力電子器件在集成化方麵出現了一個新的分支——高壓集成電路(亦即功率集成電路)。它使計算機的輸出獲得了一個直接聯係到負載的“功率接口”。所謂功率集成技術包括隔離技術、場緩和技術、相輔化技術、複合技術、邏luo輯ji電dian路lu和he驅qu動dong電dian路lu技ji術shu。這zhe些xie技ji術shu是shi各ge種zhong集ji成cheng或huo複fu合he型xing器qi件jian的de基ji礎chu技ji術shu。當dang前qian,功gong率lv集ji成cheng電dian路lu不bu僅jin作zuo為wei接jie口kou,還hai可ke以yi直zhi接jie用yong於yu許xu多duo方fang麵mian,因yin而er有you廣guang泛fan的de產chan品pin市shi場chang。當dang然ran,在zai便bian攜xie電dian子zi產chan業ye領ling域yu,人ren們men更geng願yuan意yi把ba那na種zhong以yi節jie電dian為wei核he心xin的de功gong率lv變bian換huan技ji術shu稱cheng為wei“電源管理”。
將電力電子稱為電源管理,更加強調了集成電路的管理(處理)作用。從應用的角度來看,是更強調了服務於4C的電力電子,或者說是大量應用於便攜式電器的電力電子、電機控製、汽車電子及節能型照明所需的電源,這些都屬於高效而又能量集中的電源。高功率密度的需求又導致了電力電子集成技術的產生。
電力電子集成是通過高密度混合集成和多層互連,將電力電子係統中主電路、傳感、控製、驅動、保護、通信接口等全部電路和元件都集成到一起,形成具有通用性的標準化電力電子組塊(Power Electronic Building Block—PEBB),用以構成各種不同的應用係統。PEBB就jiu是shi標biao準zhun化hua和he通tong用yong化hua的de電dian力li電dian子zi單dan元yuan,也ye是shi電dian力li電dian子zi與yu微wei電dian子zi結jie合he的de一yi個ge典dian型xing。電dian力li電dian子zi集ji成cheng化hua最zui大da的de優you勢shi是shi可ke以yi成cheng倍bei地di提ti高gao變bian流liu器qi的de功gong率lv密mi度du,從cong而er減jian小xiao體ti積ji、減輕重量,缺點是目前成本還較高。而航空航天和軍事工業上的應用對成本不太敏感,但對於減小體積、減輕重量特別渴求。電力電子集成技術是目前電力電子技術領域最為重要的研究方向,必將成為未來該領域的熱點。
可(ke)見(jian),微(wei)電(dian)子(zi)與(yu)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)其(qi)實(shi)是(shi)密(mi)不(bu)可(ke)分(fen)的(de),如(ru)果(guo)輕(qing)視(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)發(fa)展(zhan),長(chang)期(qi)來(lai)說(shuo)也(ye)會(hui)妨(fang)礙(ai)微(wei)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)發(fa)展(zhan)。我(wo)國(guo)至(zhi)今(jin)沒(mei)有(you)很(hen)好(hao)地(di)發(fa)展(zhan)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian),一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)缺(que)乏(fa)對(dui)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)全(quan)麵(mian)了(le)解(jie),從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)行(xing)業(ye)無(wu)法(fa)獲(huo)得(de)相(xiang)應(ying)的(de)政(zheng)策(ce)支(zhi)持(chi)。在(zai)信(xin)息(xi)化(hua)帶(dai)動(dong)工(gong)業(ye)化(hua)的(de)浪(lang)潮(chao)中(zhong),必(bi)須(xu)讓(rang)不(bu)同(tong)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)都(dou)得(de)到(dao)均(jun)衡(heng)的(de)發(fa)展(zhan)。
器件高頻化是發展方向
我們知道,工頻(50Hz~60Hz)是(shi)發(fa)電(dian)的(de)最(zui)佳(jia)頻(pin)率(lv),但(dan)它(ta)不(bu)是(shi)用(yong)電(dian)的(de)最(zui)佳(jia)頻(pin)率(lv)。如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)頻(pin)率(lv)提(ti)高(gao),磁(ci)路(lu)截(jie)麵(mian)積(ji)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao),從(cong)而(er)電(dian)機(ji)體(ti)積(ji)減(jian)小(xiao),重(zhong)量(liang)減(jian)輕(qing)。這(zhe)種(zhong)效(xiao)果(guo)對(dui)諸(zhu)如(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)、電抗器、鎮流器等各種電磁元件都是適用的。為此,電力電子器件高頻化是今後電力電子技術一個不容忽視的發展方向。
從目前電力電子的雙極型自關斷器件已達上百千赫的頻率來看,電力電子技術已經進入了一個新的時期——逆變器時代。逆變器將對各種頻率的電源、工業應用、車(che)輛(liang)應(ying)用(yong)以(yi)至(zhi)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)等(deng)各(ge)方(fang)麵(mian)起(qi)到(dao)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。其(qi)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)交(jiao)流(liu)調(tiao)速(su),從(cong)小(xiao)功(gong)率(lv)的(de)微(wei)電(dian)機(ji)到(dao)幾(ji)萬(wan)千(qian)瓦(wa)的(de)大(da)電(dian)機(ji),都(dou)有(you)可(ke)能(neng)用(yong)到(dao)交(jiao)流(liu)傳(chuan)動(dong)。
微(wei)處(chu)理(li)器(qi)及(ji)微(wei)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)引(yin)入(ru),已(yi)使(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)中(zhong)的(de)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)發(fa)生(sheng)了(le)根(gen)本(ben)的(de)變(bian)化(hua)。一(yi)些(xie)過(guo)去(qu)認(ren)為(wei)過(guo)分(fen)複(fu)雜(za)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)的(de)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)得(de)到(dao)了(le)應(ying)用(yong),並(bing)且(qie)使(shi)許(xu)多(duo)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)及(ji)理(li)論(lun)在(zai)實(shi)踐(jian)中(zhong)取(qu)得(de)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)發(fa)展(zhan)。電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)正(zheng)在(zai)迅(xun)速(su)擴(kuo)大(da),這(zhe)是(shi)引(yin)入(ru)微(wei)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)工(gong)藝(yi)的(de)結(jie)果(guo)。一(yi)方(fang)麵(mian),傳(chuan)統(tong)的(de)雙(shuang)極(ji)型(xing)自(zi)關(guan)斷(duan)器(qi)件(jian)的(de)結(jie)構(gou)正(zheng)變(bian)得(de)愈(yu)益(yi)精(jing)細(xi),並(bing)引(yin)入(ru)了(le)外(wai)延(yan)或(huo)隱(yin)埋(mai)等(deng)工(gong)藝(yi),從(cong)而(er)緩(huan)和(he)了(le)功(gong)率(lv)與(yu)頻(pin)率(lv)的(de)矛(mao)盾(dun),已(yi)向(xiang)幾(ji)十(shi)或(huo)幾(ji)百(bai)千(qian)赫(he)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),單(dan)極(ji)型(xing)器(qi)件(jian)中(zhong),功(gong)率(lv)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)半(ban)導(dao)體(ti)場(chang)效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan)(Power MOSFET)本身就是超大規模集成電路超微細工藝的產物,它的頻率已可達1MHz。而結型場效應器件——靜電感應晶體管和晶閘管(SIT及SITH),也有賴於高阻高質量外延工藝的發展,SIT本身頻率上限已達1000MHz。因而可以認為,傳統的低頻電力電子學的概念已經打破,高頻電力電子學正在興起。