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电力电子集成技术的发展方向

电力电子技术作为一门交叉学科,建立在信息学科、电工学科、材料学科基础之上、实现对电力机械装置进行有效控制的技术,在现代科技发展过程中占有极为重要的一席之地。电力电子技术最大的特点在于实现强电与弱点相结合,强电与弱电相结合,以弱电控制强电,用以实现电能的转换、控制、分配和应用的最优化、高效率、智能化。研究电力电子未来发展趋势,对于全面推动以电力电子为基础的新学科的增长、推动与电力电子相关领域自动化、提升经济社会效益具有至关重要的作用。  一、集成化电力电子技术系统的相关理论分析  第一,集成化电力电子技术系统的含义。所谓电力电子子系统的集成,“就是将功率器件、电路元件、控制器、传感器及动作开关等集成为一个完整的智能的电力电子子系统。电力电子子系统级的集成目标是建立系列电力电子集成标准模块,它是一个高度集成的、能完成特定功能的、标准的电能处理单位。”  第二,集成化电力电子技术系统的主要内容。一般来讲,集成化电力电子技术系统包含两方面的内容,一是电力电子集成系统的集成,也就是组成集成化电力电子技术系统的模块集成;二是电力电子技术实际应用系统的集成,也就是电力电子技术系统级别的集成,是相对于电力电子技术模块级别更高级别的集成。  二、集成化电力电子技术系统的主要分类  集成化电力电子技术系统,根据其功能及组成原理不同,可以分为单片集成电力电子技术系统、混合封装集成电力电子技术系统、系统集成电力电子技术系统三个类别。  一是单片集成电力电子技术系统  “单片集成是将主电路、驱动、控制电路及其他附属电路都集成在一个芯片上,这实际上是微电子领域的集成电路技术在电力电子领域的延伸。”单片集成电力电子技术系统广泛应用于类型的小功率电子设备中,不适用于功率较大、电压较高的环境中。单片集成电力电子技术系统成本低、工艺技术简单;伴随着科学技术的不断进步,单片集成电力电子技术系统其功率范围也不断扩大,是电力电子集成技术的主要发展方向和发展趋势,应用前景比较广泛。单片集成电力电子技术系统主要应用于手机、移动电子设备中。  二是混合封装集成电力电子技术系  统。该系统把多个主电路芯片、驱动芯片和控制芯片集成在一起,适用范围主要集中在几百瓦以及千瓦级功率范围之内。  混合封装集成电力电子技术系统的实质是在保障变换器整体性功能的前提下,减少功能部件和封装部件的数量,提高系统的可操作性和灵活性。从当前整个电力电子集成系统研究来看,主要集中在该系统层次,也是当前开展电力电子集成研究的关键和核心。该系统的主要缺点在于成本较高体型较大。  三是系统集成的电力电子集成系统  该系统的实质在于将各种电力电子元器件、部件进行集成,使之成为一个系统化的功能体系。当前对于系统集成的电力电力集成系统仍然没有统一的概念,是一种比较高级意义上的电力电子集成系统,是当前电力电子研究主要方向和重要领域。  三、当前在集成化电力电子技术系统发展趋势下研究的主要领域  一是新型封装互连技术。对该项技术的研究是集成化电力电子技术系统发展趋势过程中进行研究的核心和关键。  二是模块的热管理技术。模块的热管理技术在集成化电力电子技术系统发展趋势中占有极为重要的地位,毕竟在整个电力电子集成系统中模块热处理技术直接关系到整个系统的质体积以及综合性能。在模块热处理方面,注意力和集中点主要体现在高效和轻便散热方式的研究。  三是无源元件集成技术。在集成化电力电子技术系统中,对电源整体功率影响最大的当属无源元件。当前在封装互连技术研究方面主要集中在电路中部分电容器与磁性元件集成在一起,构成无源集成模块。  四是集成化电力电子技术系统的新型器件和封装新材料研究。在整个集成化电力电子技术系统中,如果能够实现新型电力电子器件的创新革命,将会对整个集成化电力电子技术系统产生至关重要的影响和变革。这方面是当前集成化电力电子技术系统研究的主要领域。  四、结语  伴随着科学技术的进步发展,电力电子集成技术获得长远发展;尤其是近年来电子科学技术、计算机科学、现代通讯业的高度发展更是为集成化的电力电力系统发展奠定了坚实的基础。集成化是未来电力电子技术发展的必然趋势,其应用前景越加广泛、市场越加广阔。