摘  要： 本文針對電源技術領域，以混合集成技術為主，闡述了電力電子集成技術的基本概念、基本原理和面臨的主要技術問題。并對該領域國內外研究現狀和主要研究內容進行了介紹。
關鍵詞： 電力電子集成；混合集成；封裝；電源

電力電子集成概念的提出有10余年的歷史，早期的思路是單片集成，體現了系統芯片(SOC)的概念，即將主電路、驅動、保護和控制電路等全部集成在同一個硅片上。由于高壓、大電流的主電路元件和其他低壓、小電流電路元件的制造工藝差別較大，還有高壓隔離和傳熱的問題，故單片集成難度很大，目前僅在小功率范圍有所應用。而在中大功率范圍內，只能采用混合集成的辦法，將多個不同工藝的器件裸片封裝在一個模塊內，現在廣泛使用的電力電子功率模塊和智能功率模塊(Intelligent Power Module-IPM)都體現了這種思想。1997年前后美國政府、軍方及電力電子技術領域一些著名學者共同提出電力電子積木(Power Electronic Building Block-PEBB)的概念，明確了集成化這一電力電子技術未來的發展方向，并將電力電子集成技術的研究推向高潮。

電力電子集成技術的基本概念
電源的集成化
常見的電源裝置，包括直流電源和交流電源，通常構成如圖2所示。
其中控制、人機界面、通信接口電路已逐步實現數字化，從而可以比較容易的實現集成化，而驅動電路和保護電路含有較多模擬電路，集成度相對較低。主電路包含開關元件、變壓器、電感等磁性元件以及電容、電阻等元件，集成的難度很大。目前，電源裝置中的主電路基本上以分立元件構成為主，在中小功率范圍有采用單片集成元件，如TOPSwitch，或某些混合集成模塊，但離全面的集成化還有很大距離。
集成化的基本思想是通過封裝的手段，將主電路的部分元件和驅動、保護、控制甚至人機界面和通信接口電路都集成到一個或幾個模塊內，實現電源裝置的全面集成化。

為什么要集成化
采用集成技術主要可以解決以下幾個方面的問題：
簡化設計
對電力電子技術掌握得并不十分熟練與深入的應用工程人員來說，他們可以專注于解決與具體應用有關的問題，通俗的講，他們只需要將集成模塊象積木一樣拼接成系統即可。如果這一理想能夠實現，可以預見，電力電子應用范圍將進入前所未有的廣度和寬度，足可以稱得上是一次革命。

圖 1 IR公司的FlipFET器件

圖2  電源的結構

簡化制造
大部分的元器件集成在模塊內部，而標準化的集成模塊是以較高的自動化程度批量制造的。因此整個制造過程的自動化程度將會大大提高，制造周期縮短，成品率提高，而成本會降低。

降低成本
勿庸置疑，集成模塊的設計需要花費較多的人力和較長的設計周期，因此設計成本會較高，但具有通用性的集成模塊一旦被設計出來，就可以千百次的被重復應用，分攤到每個裝置和系統的設計成本很低。集成模塊可以批量生產，其制造成本也會降低。

提高性能
小型化是集成技術帶來的最顯而易見的進步，但還遠不止與此。采用緊湊的互連和封裝，將使電路中的寄生電感等不利于電路工作的寄生參數顯著減小，從而降低電路的開關應力和噪聲，使電路的可靠性大大提高。同時，開關噪聲的降低和電路的緊湊布局還將大大降低電路的電磁干擾，提高電磁兼容性。
集成所面臨的問題
雖然集成技術可以帶來諸多好處，但實現集成化所面臨的困難也是很大的。最主要的技術問題有：
封裝與互連
在分立元件構成的電路中，互連主要采用印刷電路和導線，而在集成模塊內部，則較多采用微電子技術中的互連技術，如鋁絲壓焊、蒸鍍鋁膜等。但這些工藝多用于低壓、小電流的集成電路的互連和封裝，用于電力電子集成就存在電流承載能力不足、分布參數偏大、可靠性不夠高等問題。隨之而來的還有耐高電壓的絕緣材料，焊接材料等很多問題。由于集成模塊的制造是集成化的關鍵之所在，而高性能、高可靠性的封裝與互連技術又是制造集成模塊的前提，因此許多學者認為封裝和互連技術是集成技術要解決的核心問題，是有一定道理的。目前已有的互連和封裝技術還不能令人滿意，因此有關的研究進行的非常集中。

圖3 硬開關半橋型電路

圖4 軟開關不對稱半橋型電路

圖5  磁集成模塊的結構

圖6  磁集成模塊的實例

電磁兼容
電力電子裝置中主電路工作時會產生較強的電磁信號，可能對其驅動、控制和保護等信號處理電路產生干擾。在分立元件構成的裝置中，主電路和控制電路的空間距離較大，這一問題表現得不是十分突出。在集成模塊中，二者的間距小于5~10mm，因此抑制相互間的干擾變得十分重要。這在電磁場分析、電磁兼容模型、電路設計等方面提出了新的