电力电子集成技术的现状及发展方向(2)

　　3.3系统集成(系统级的集成）
　　将已有的实体经过有机地组合及拼装，形成一个完整的系统，在电力电子技术领域，系统集成一般指将多个电路或装置有机地组合成具有完整功能的电力电子系统，如通信电源系统等。这种集成是功能集成，具有低的集成度和技术难度，容易实现，因此是目前工程技术领域普遍采用的集成方案，但因集成度低，与独立的装置和电路相比，都无法明显降低体积和重量，且构成仍以分立元器件为主，设计、制造都较复杂，不能明显体现集成优势。目前，系统集成技术多用于功率很大，结构和功能复杂的系统。
　　目前，国际电力电子学界谈论的集成概念一般指单片集成和混合集成，很少含系统集成这一层次。
　　4主要研究机构
　　目前国际电力电子集成领域内比较有影响的研究机构有:美国电力电子研究中心(CenterforPowerElectronicSystem-CPES)[1'2]、美国康奈尔大学电气工程学院[3]、美国阿肯色大学电力电子研究小组[1西班牙国家微电子研究中心^等。美国通用电气(GE)公司[7]、美国国际整流器公司（IR)、德国赛米控(Semikron)公司、瑞士ABB公司等一些有实力的企业也加入其中。
　　CPES目前在该领域的研究中处于核心地位，所研究的内容最为广泛，产出的文献和研究成果数量最多，在一定程度上领导着国际电力电子集成技术的主流研究方向。CPES提出的目标是通过高密度混合集成和多层互连，将电力电子系统中主电路、传感、驱动、保护、控制、通信接口等全部电路和元件都集成到一起，形成具有通用性的标准化电力电子集成模块（IntegratedPowerElectronicModuleIPEM)用以构成各种不同的应用系统。
　　国内学术界目前已对电力电子集成技术引起高度重视，并达成共识，认为应该在政府的推动下，尽快开展我国电力电子集成技术的研究。来自清华大学、浙江大学、西安交通大学的部分学者己着手从不同角度进行研究，但总的来说还处于起步阶段。
　　中国国家自然科学基金已经批准了"电力电子系统集成基础理论与若干关键技术的研究"的重点项目，由浙江大学、西安交通大学和西安电力电子技术研究所分别承担，于2003年1月起正式启动。国家自然科学基金项目的资助数额虽不大，但这一项目的立项具有深远的意义，标志着我国电力电子集成技术的研究正式启动。
　　5主要研究内容及现状
　　5.1电力电子集成模块的电路技术和磁技术
　　这部分研究的内容主要涉及适用于集成模块内的具有通用性标准化的主电路、控制电路、驱动电路、保护电路、电源电路及磁性元件技术。研究的目标是提高电路性能，降低损耗，以尽可能单一的电路方案适应尽可能广泛的应用。
　　主电路方面的研究有用于AC/DC或DC/AC变换的软开关电路、用于DC/DC变换的移相全桥型电路和半桥型谐振电路等，如图1、图2所示。驱动电路方面有可以降低开关噪声的有源驱动技术等。控制电路方面有基于DSP和EPLD的可重复编程数字控制电路等[31。通信接口方面有基于现场总线技术和光纤的接口技术等。磁技术方面主要是对集成磁件和电容、电感、变压器等混合集成进行研究。
　　5.3电力电子集成模块的封装技术
　　该技术借鉴了集成电路的加工方法和工艺过
　　目前，电力电子的集成主要采用混合集成方式，程，把多个不同工艺的裸片安装在一起，并进行了多
　　因此，封装技术就成为电力电子集成研究的关键。现在广泛使用的是铝丝键合技术优点是工艺简单，成本低;缺点是:①键合点面积小，传热差，芯片表面温度分布不均匀，局部易热集中[3];②寄生电感大，造成开关过电压;③各铝丝之间电流分布不均匀，局部电流集中;④电磁力造成铝丝震动，导致键合点脱落如图7所示。因铝丝键合存在诸多问题，所以现在的研究热点是多芯片模块技术层互连，形成具有完整功能的模块。MCM技术起源于集成电路的封装技术已用于射频、微波集成电路的制造，并取得了较好效果。然而，将该技术用于电力电子集成却遇到了许多障碍，如互连导线的电流承载能力不够，电路元件间绝缘和隔热困难，干扰严重，制造成本高，可靠性低等。来自不同研究机构的学者进行了大量尝试，试图解决这些问题，但尚未取得突破性进展。在提出的众多技术方案中，还没有一种在性能、成本和可靠性等各方面都能达到或接近IPEM的最终要求，研究还在探索中。除MCM技术外，压接方式也是研究的重点之一。
　　5.4电力电子集成模块的计算机仿真、辅助设计理论和方法
　　IPEM集成度高、结构和工艺复杂，其设计涉及到电力电子器件、电路、控制、电磁、材料、传热等不同领域的技术问题，必须借助计算机仿真和辅助设计(CAD)工具，但现有的软件都不能胜任这一工作，要将电路、电磁场、传热等多种不同的仿真和CAD方法集成起来才行，这对仿真和CAD理论提出了新的挑战，如图10,图11和图12所示。
　　5.5应用系统设计
　　这部分的研究主要基于标准化集成模块的应用系统设计。内容涉及根据应用选取适当的模块，解决多模块构成的系统运行稳定性问题及进行系统的优化设计。因尚未形成模块的标准化系列，目前这
　　一领域的研究主要是试图建立由模块构成的示范系统，以证明电力电子集成概念的可行性和有效性。
　　目前一个成功的范例是集成交流电机(IntegratedMotor)功率约1kW的变频器被集成在交流异步电机的壳体内，从而使电机具有了可调速性能，并且体积小，效率高。此外，还有采用集成技术的分布式电源系统等。
　　6结论
　　对电力电子集成技术的概念、意义和发展概况进行了综述，详细介绍了国内外该领域的主要研究机构和研究内容，作出如下结论：
　　①电力电子集成技术是目前电力电子技术领域最为重要的研究方向，必将成为未来该领域的研究热点，并在某种程度上决定电力电子技术未来的兴衰命运;②单片集成、混合集成和系统集成可看成是电力电子集成的不同层次和形式，现阶段，单片集成局限于小功率范围；中功率领域多采用混合集成或混合集成与系统集成相结合的形式;大功率领域仍以系统集成为主。由于具有更高的集成度和更好的性能，单片集成和混合集成是未来集成技术的主要发展方向；③目前应该立足于现有的技术水平，根据实际情况，采取合理的集成度和集成形式，并应尽快推进集成技术的实用化和产业化。
　　【参考文献】
　　[1]   Lee F C Peng D M. Power Electronics Building Block and System Integration] A] . IPEMC, 2000 The Third Interiiatioiia]| C] o 2000 1: 1 ~ 8.
　　[2]   Van Wyk J D，Lee F C. Power Electronics Technology at the Down of the ne^v Millennium_Status and Future [A] .PESC'99. 30thAnnualIEEE[ q .1999 1 2~3.
　　[3]   Kornegay K T. Design Issues in Power Electronic Building Block ( PEBB) System Integration[ A卜 VLSI' 98 System Level Design Proceedings IEEE Computer Society Workshop C] .1998 1 48 ~ 52.
　　[4]   Ericsen T. Power Electronic Building Block_a Systematic Approach to Power Electronics[ A] . Power Engineering Society Summer Meeting 2000' IEEE[ C] . 2000 2： 1216 ~ 1218.
　　[5]   Porter E，Ang S Burgers K. et a/. Miniaturizing Power Electronics using Multi-chip Module Technology [ A] . Proceedings of International Conference on Multichip Modules q . 1997, 1: 329 ~ 333.
　　[6]   Collado A，Jorda X，Cabruja E，et a/. MCM-D Package for Power Applications Integrated Power Packaging[ A] . I- WIPP' 200C| C] . 2000 69 ~ 73.
　　[7]   Fisher R Fillion R Burgess J et a/. High Frequency， Low Cost，Power Packaging Using Thin Film Power Overlay Tedinology[ A] . APEC' 95[ C] . 1995, 1: 12 ~ 17.
　　

　　论文榜（www.zglwb.com），是一个专门从事期刊推广、投稿辅导的网站。
本站提供如何投稿辅导，寻求投稿辅导代理，快速投稿辅导，投稿辅导格式指导等解决方案：省级投稿辅导/国家级投稿辅导/核心期刊投稿辅导//职称投稿辅导。


期刊鉴别	论文检测	免费论文	特惠期刊	学术答疑	发表流程

搜索

电力电子集成技术的现状及发展方向(2)