电力电子集成技术的现状及发展方向

胡国浩 马春博 孙鹏 郑浩

摘要：在人类的发展过程中，电力是最重要的能源资源，自电力被人们发明以来，在推动人类社会进入工业化、信息化的过程中发挥着十分重要的作用。在近些年来，随着先进科学技术在电力输送以及电能生产中的应用，电力电子集成技术作为电力发展的新方向和新技术也取得了长足的进步。本文基于此，对电力电子集成技术的概念作了分析和介绍，其次深入地分析了电力电子集成技术的未来发展方向，希望能够为相关的行业从业人员提供一定的思路和方法。

关键词：电力电子集成技术;发展方向;发展前景;发展现状

一、何谓电力电子集成技术

1.1电力电子集成技术的概念

电力电子集成技术，其产生最早可以追溯到上个世纪，在美国研究出了第一台电子计算机之后，越来越多的新型计算机被研发了出来，这其中，晶体管计算机便是其主要代表。而晶体管计算机的出现，则意味着集成电路的形成。集成电路的产生让人们对电力的研究又上了一个层次，举例来说，早期人们对集成技术的掌握还局限在單片集成方面，且形成了集成的片内系统概念。但是与后来产生的多片集成相比，当时的单片集成产物还存在着电流传导小、发热严重的缺陷，这些问题的存在在一定程度上限制了单片集成的发展和普及。现阶段，电力电子集成思想已经初步形成，如何在单片集成上应用电子功率模板来推动单片集成的改革，形成一个更加全面的集成理念，是电力电子集成技术的未来主要发展方向。

1.2电力电子集成技术的意义

对于电力电子行业来说，电力电子集成技术的成熟和提升对其具有十分重要的推动作用。通过研发电力电子集成技术，能够显著推动复杂电力电子集成系统的研发效率，显著降低在整个研发过程中的研发成本以及相关资源的使用，有效实现对电力电子行业技术的创新，这对于电力以及工业的发展和进步都有着十分重要的作用。另外，通过电力电子集成技术的快速发展，能够有效解决电力电子领域的劳动力问题以及技术密集产业分配问题。

二、集成技术的不同层次和表现形式

2.1单片集成

在进行电力电子技术加工的过程中，通过应用半导体集成电路，形成在单一硅片上电力电子电路功率器件、驱动设备、控制元件以及保护电路的形成，是单片集成系统的概念。与其他的电力集成方法相比，单片集成的集成度是最高的，因此可以应用于自动化、大规模生产，其生产所花费的价格较低，但是在进行单片集成的过程中，面临着制造工艺差别较大、热力传导较多、高压隔离等一系列问题，因此单片集成的工艺难度是比较高的，其适用范围受到了一定的限制。现阶段，针对新型半导体材料的制造工艺越来越完善，其进步也越来越明显，因此可以预料，在未来大功率是单片集成的主要发展方向。

2.2混合集成

混合集成，就是指在封闭的环境下进行集成操作的技术，具体来说，就是指在一个模版上实现对保护电路、各种功率器件的拼接和组合，再借助独立的工作形式将其拼接成独立的工作单元。这种混合集成技术能够将硅片产品加工过程中存在的高压隔离问题以及其他发热问题有效的解决，同时将高密度集成的优点有效的保留。通过混合集成生产出的集成线路具有体积较小、质量较轻的特性，因此被广泛应用于电子集成领域。但是与其他集成方式相比，混合集成存在的较为明显的缺点便是内部存在着电磁兼容的问题，因此其可靠性无法得到保障。

2.3系统集成

在进行机器的组装时，现阶段世界范围内已经基本上实现了借助实体设备来进行组装，通过合理的组合以及搭配实现了机器系统的构架。由于电力电子技术处于不断地变化过程中，因此在进行系统集成时，通过电路设备以及其他相关设备就能够实现该项工作，从而有效地保障系统的完整性。对于系统集成来说，功能是集成的重点，通过集成不同的功能能够实现系统功能性和适用性的扩大，并且降低集成的技术要求。借助这种方式形成集成系统，与单一的未集成系统相比，其体积较大，质量也相当大，因此无法有效地发挥集成线路的轻便、简洁优势。

三、电力电子集成技术的发展现状

3.1电力电子集成模块的相关技术

对于电子集成模块研究来说，集成模块是其研究的重点内容，其中含有了驱动电路、控制电路等一系列元件，因此其技术含量相对较高。在进行研究目标的选择时，通过集成模块的应用，能够有效降低使用的功耗，这种技术方案的稳定性较强。在进行电路的研究时可以通过直流电以及交流电的不断变化来对电路器件进行开关调控，从而确保电子集成模块的安全性。

3.2新型电力电子器件

现阶段，SiC器件以及Si器件都是新型电力电子器件的主要研究方向，它们主要用于改进工艺的研究。通过这些方面的研究，能够有效降低器件的损耗，保障发热水平。当前，研究人员在进行新型电力电子器件的研究时，主要是为了研究如何有效地降低电路器件的损耗，保障元件的发热程度。

四、电力电子集成技术的发展趋势

现阶段，新型的半导体材料研发以及加工技术应用越来越广泛，可以预料，在未来单片机陈的方向必然是大功率的使用，通过大功率单片技术的使用，能够显著提升单片集成技术适用范围的扩大。而混合集成技术的发展优势较为明显，因此，未来电力电子集成技术的市场发展前景是较为广阔、明亮的。通过对电力电子集成模块的此技术以及电路技术进行研究和改进，能够显著提升电路的使用性能，有效降低电路使用过程中产生的损耗。在未来，电力电子集成技术的发展方向则是实现功率元件、电路元件的效应集成发展。

参考文献：

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（作者单位：哈尔滨理工大学荣成学院）