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[摘 要]本文以电力电子集成技术为主要研究对象，针对电力电子集成技术的现状以及发展方向进行了相关的研究，并进行了简要的阐述。
[关键词]电力电子集成技术 电力电子设备 电力能源
中图分类号：P22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0362-01
在我国的经济情况以及科学技术的快速发展中，社会主义经济建设不断的向着国际化的方向在发展。自然资源作为每一个国家的最重要的发展动力之一，我国的自然资源对于我国的经济发展有着十分重要的积极作用。电力能源作为当今社会中最为优质的能源之一，在世界各个方面所做出的贡献不可估量。
1.电力电子集成技术概述
目前，人们在对于电能的产生、传输、以及应用等等方面已经做出了相对比较深层次的研究，并且取得了一些能够有效的帮助人们的生活的成就。然而，就目前电力电子集成技术的发展来看，存在的问题却很多，电力电子技术的高度的复杂性将其应用的广泛性被牢牢地遏制住，形成了极大的障碍。国际上相关的电力电子方面的研究机构均表明，对于解决电力电子技术所存在的这些问题，采用电力电子集成技术是最有效的、也是最有希望的一种方法。在电力电子集成技术的研发过程中，需要大量的人力资源以及物力资源，这也在很大程度上使得电力电子装置的应用不能够得到有效的拓展，因此，有效的解决电力电子集成技术中所存在的问题对于电力电子技术的发展有着重要的意义。
2.集成技术的不同层次和形式
2.1 单片集成
单片集成是指在对电力电子电路中的功率器件、驱动器件、保护电路、以及控制电路的设计与制作之中，统一采取的技术是半导体集成电路的加工方法，将所有的小环节全部制作到同一片硅片之上，其主要的特点是集成度高、自动化制造、减少人力资源、可以大规模的批量生产、能够有效的降低成本。但是，由于单片集成工艺制作的设备体积小、重量轻，所以对于高压、或者大电流的电路元件等等的制作会产生比较严重的问题，在高压隔离以及导热隔离方面也有待研究与进步。就我国目前的电力电子集成技术的发展来看，单片集成的应用范围还没有得到有效的广泛拓展，仅仅局限于小功率的设备应用环境之中。
2.2 混合集成
混合集成主要应用的技术方法是封装技术，即将多个类似于单片集成的硅片封装到同一个模块中，形成一个具有相应的功能的相对独立的单元。可以有效的解决单片集成中所具有的问题，但是在技术方面，导热隔离、分布参数、以及电磁兼容等等方面仍然存在着一些问题阻碍，与此同时，混合集成的制作成本也相对比较高，混合集成的应用范围主要集中在针对中等级别的功率的应用中。
2.3 系统集成
系统集成是在我国目前的电力电子行业应用的最为广泛的一种电力电子集成技术。主要用于将两个或者多个已经制作完好的实体通过有机的组合以及拼装，从而整合为一个完整的、具有相应的功能的系统。对于系统集成，在其结构方面存在着一些相对比较明显的问题：系统集成的主要结构是分立元件，因此，元件之间的联系相对不是十分密切，导致了在设计结构、制造设备的过程中，操作十分复杂，成本大大提高，不能够将集成所具有的有点集中的展现出来。
3.主要研究内容及现状
3.1 电力电子集成模块的电路技术和磁技术
這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。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。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。
3.2 电力电子集成模块的封装技术
目前，电力电子的集成主要采用混合集成方式，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；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。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
该技术借鉴了集成电路的加工方法和工艺过程，把多个不同工艺的裸片安装在一起，并进行了多层互连，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
3.3 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。
3.4 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。
4.电力电子集成技术的发展方向
随着科技的快速发展，近几年来我国在半导体材料的相关的研究过程中也取得了一些比较重大的成果，针对于技术有了明显的提高，工艺方面也得到了相对比较大的改善。对于单片集成来讲，根据其自身所具有的独特的性质，以及其在技术难度方面所占有的十分明显的趋势，在以后的发展过程中，单片集成将会逐渐的想着大功率设备的研制与开发的方向靠拢，在以后的电力电子集成技术集成科技这一方面的应用市场中，单片集成必定仍然具有十分广阔的发展空间。在未来的电力电子集成技术的发展中，关于电力电子集成技术的相关的对于提升电力电子集成性能的技术必定会逐渐发展起来，那么，在电力电子集成技术中所具有的损耗问题便会得到很有效的解决。
为了能够有效的将高成本的问题解决，在未来的电力电子集成技术发展中，必定会朝着将设备中的控制电路、保护电路、功率元件、以及动作开关等等元器件更加高度的集成到一起，从而将电力电子集成设备越来越发展为一系列完整的、高效的、智能化的电力电子集成标准模块这个方向不断迈进，全自动化、全智能化的电力电子集成标准化模块技术必定将会成为电力电子集成技术的未来发展中不可或缺的一个方向。
5.总结
在我国的自然资源中，除了第一大能源石油资源之外，电力能源也是社会中十分需要的能源之一，其分布的范围也十分广泛，近乎涵盖了社会发展的所有方面。电力电子技术的发展促使人们在对于电能的使用方面有了更加深入的认识，对其利用的方式以及人们利用电能的观念上都发生了革命性的变化。
参考文献
[1]刘善林 吴启琴 范军.浅谈电力电子集成技术的现状与发展趋势[J]，青年与社会，2013，（28）：14-15.
[关键词]电力电子集成技术 电力电子设备 电力能源
中图分类号：P22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0362-01
在我国的经济情况以及科学技术的快速发展中，社会主义经济建设不断的向着国际化的方向在发展。自然资源作为每一个国家的最重要的发展动力之一，我国的自然资源对于我国的经济发展有着十分重要的积极作用。电力能源作为当今社会中最为优质的能源之一，在世界各个方面所做出的贡献不可估量。
1.电力电子集成技术概述
目前，人们在对于电能的产生、传输、以及应用等等方面已经做出了相对比较深层次的研究，并且取得了一些能够有效的帮助人们的生活的成就。然而，就目前电力电子集成技术的发展来看，存在的问题却很多，电力电子技术的高度的复杂性将其应用的广泛性被牢牢地遏制住，形成了极大的障碍。国际上相关的电力电子方面的研究机构均表明，对于解决电力电子技术所存在的这些问题，采用电力电子集成技术是最有效的、也是最有希望的一种方法。在电力电子集成技术的研发过程中，需要大量的人力资源以及物力资源，这也在很大程度上使得电力电子装置的应用不能够得到有效的拓展，因此，有效的解决电力电子集成技术中所存在的问题对于电力电子技术的发展有着重要的意义。
2.集成技术的不同层次和形式
2.1 单片集成
单片集成是指在对电力电子电路中的功率器件、驱动器件、保护电路、以及控制电路的设计与制作之中，统一采取的技术是半导体集成电路的加工方法，将所有的小环节全部制作到同一片硅片之上，其主要的特点是集成度高、自动化制造、减少人力资源、可以大规模的批量生产、能够有效的降低成本。但是，由于单片集成工艺制作的设备体积小、重量轻，所以对于高压、或者大电流的电路元件等等的制作会产生比较严重的问题，在高压隔离以及导热隔离方面也有待研究与进步。就我国目前的电力电子集成技术的发展来看，单片集成的应用范围还没有得到有效的广泛拓展，仅仅局限于小功率的设备应用环境之中。
2.2 混合集成
混合集成主要应用的技术方法是封装技术，即将多个类似于单片集成的硅片封装到同一个模块中，形成一个具有相应的功能的相对独立的单元。可以有效的解决单片集成中所具有的问题，但是在技术方面，导热隔离、分布参数、以及电磁兼容等等方面仍然存在着一些问题阻碍，与此同时，混合集成的制作成本也相对比较高，混合集成的应用范围主要集中在针对中等级别的功率的应用中。
2.3 系统集成
系统集成是在我国目前的电力电子行业应用的最为广泛的一种电力电子集成技术。主要用于将两个或者多个已经制作完好的实体通过有机的组合以及拼装，从而整合为一个完整的、具有相应的功能的系统。对于系统集成，在其结构方面存在着一些相对比较明显的问题：系统集成的主要结构是分立元件，因此，元件之间的联系相对不是十分密切，导致了在设计结构、制造设备的过程中，操作十分复杂，成本大大提高，不能够将集成所具有的有点集中的展现出来。
3.主要研究内容及现状
3.1 电力电子集成模块的电路技术和磁技术
這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。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。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。
3.2 电力电子集成模块的封装技术
目前，电力电子的集成主要采用混合集成方式，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；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。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
该技术借鉴了集成电路的加工方法和工艺过程，把多个不同工艺的裸片安装在一起，并进行了多层互连，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
3.3 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。
3.4 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。
4.电力电子集成技术的发展方向
随着科技的快速发展，近几年来我国在半导体材料的相关的研究过程中也取得了一些比较重大的成果，针对于技术有了明显的提高，工艺方面也得到了相对比较大的改善。对于单片集成来讲，根据其自身所具有的独特的性质，以及其在技术难度方面所占有的十分明显的趋势，在以后的发展过程中，单片集成将会逐渐的想着大功率设备的研制与开发的方向靠拢，在以后的电力电子集成技术集成科技这一方面的应用市场中，单片集成必定仍然具有十分广阔的发展空间。在未来的电力电子集成技术的发展中，关于电力电子集成技术的相关的对于提升电力电子集成性能的技术必定会逐渐发展起来，那么，在电力电子集成技术中所具有的损耗问题便会得到很有效的解决。
为了能够有效的将高成本的问题解决，在未来的电力电子集成技术发展中，必定会朝着将设备中的控制电路、保护电路、功率元件、以及动作开关等等元器件更加高度的集成到一起，从而将电力电子集成设备越来越发展为一系列完整的、高效的、智能化的电力电子集成标准模块这个方向不断迈进，全自动化、全智能化的电力电子集成标准化模块技术必定将会成为电力电子集成技术的未来发展中不可或缺的一个方向。
5.总结
在我国的自然资源中，除了第一大能源石油资源之外，电力能源也是社会中十分需要的能源之一，其分布的范围也十分广泛，近乎涵盖了社会发展的所有方面。电力电子技术的发展促使人们在对于电能的使用方面有了更加深入的认识，对其利用的方式以及人们利用电能的观念上都发生了革命性的变化。
参考文献
[1]刘善林 吴启琴 范军.浅谈电力电子集成技术的现状与发展趋势[J]，青年与社会，2013，（28）：14-15.