摘  要： 本文针对电源技术领域，以混合集成技术为主，阐述了电力电子集成技术的基本概念、基本原理和面临的主要技术问题。并对该领域国内外研究现状和主要研究内容进行了介绍。
关键词： 电力电子集成；混合集成；封装；电源

电力电子集成概念的提出有10余年的历史，早期的思路是单片集成，体现了系统芯片(SOC)的概念，即将主电路、驱动、保护和控制电路等全部集成在同一个硅片上。由于高压、大电流的主电路元件和其他低压、小电流电路元件的制造工艺差别较大，还有高压隔离和传热的问题，故单片集成难度很大，目前仅在小功率范围有所应用。而在中大功率范围内，只能采用混合集成的办法，将多个不同工艺的器件裸片封装在一个模块内，现在广泛使用的电力电子功率模块和智能功率模块(Intelligent Power Module-IPM)都体现了这种思想。1997年前后美国政府、军方及电力电子技术领域一些著名学者共同提出电力电子积木(Power Electronic Building Block-PEBB)的概念，明确了集成化这一电力电子技术未来的发展方向，并将电力电子集成技术的研究推向高潮。

电力电子集成技术的基本概念
电源的集成化
常见的电源装置，包括直流电源和交流电源，通常构成如图2所示。
其中控制、人机界面、通信接口电路已逐步实现数字化，从而可以比较容易的实现集成化，而驱动电路和保护电路含有较多模拟电路，集成度相对较低。主电路包含开关元件、变压器、电感等磁性元件以及电容、电阻等元件，集成的难度很大。目前，电源装置中的主电路基本上以分立元件构成为主，在中小功率范围有采用单片集成元件，如TOPSwitch，或某些混合集成模块，但离全面的集成化还有很大距离。
集成化的基本思想是通过封装的手段，将主电路的部分元件和驱动、保护、控制甚至人机界面和通信接口电路都集成到一个或几个模块内，实现电源装置的全面集成化。

为什么要集成化
采用集成技术主要可以解决以下几个方面的问题：
简化设计
对电力电子技术掌握得并不十分熟练与深入的应用工程人员来说，他们可以专注于解决与具体应用有关的问题，通俗的讲，他们只需要将集成模块象积木一样拼接成系统即可。如果这一理想能够实现，可以预见，电力电子应用范围将进入前所未有的广度和宽度，足可以称得上是一次革命。

图 1 IR公司的FlipFET器件

图2  电源的结构

简化制造
大部分的元器件集成在模块内部，而标准化的集成模块是以较高的自动化程度批量制造的。因此整个制造过程的自动化程度将会大大提高，制造周期缩短，成品率提高，而成本会降低。

降低成本
勿庸置疑，集成模块的设计需要花费较多的人力和较长的设计周期，因此设计成本会较高，但具有通用性的集成模块一旦被设计出来，就可以千百次的被重复应用，分摊到每个装置和系统的设计成本很低。集成模块可以批量生产，其制造成本也会降低。

提高性能
小型化是集成技术带来的最显而易见的进步，但还远不止与此。采用紧凑的互连和封装，将使电路中的寄生电感等不利于电路工作的寄生参数显著减小，从而降低电路的开关应力和噪声，使电路的可靠性大大提高。同时，开关噪声的降低和电路的紧凑布局还将大大降低电路的电磁干扰，提高电磁兼容性。
集成所面临的问题
虽然集成技术可以带来诸多好处，但实现集成化所面临的困难也是很大的。最主要的技术问题有：
封装与互连
在分立元件构成的电路中，互连主要采用印刷电路和导线，而在集成模块内部，则较多采用微电子技术中的互连技术，如铝丝压焊、蒸镀铝膜等。但这些工艺多用于低压、小电流的集成电路的互连和封装，用于电力电子集成就存在电流承载能力不足、分布参数偏大、可靠性不够高等问题。随之而来的还有耐高电压的绝缘材料，焊接材料等很多问题。由于集成模块的制造是集成化的关键之所在，而高性能、高可靠性的封装与互连技术又是制造集成模块的前提，因此许多学者认为封装和互连技术是集成技术要解决的核心问题，是有一定道理的。目前已有的互连和封装技术还不能令人满意，因此有关的研究进行的非常集中。

图3 硬开关半桥型电路

图4 软开关不对称半桥型电路

图5  磁集成模块的结构

图6  磁集成模块的实例

电磁兼容
电力电子装置中主电路工作时会产生较强的电磁信号，可能对其驱动、控制和保护等信号处理电路产生干扰。在分立元件构成的装置中，主电路和控制电路的空间距离较大，这一问题表现得不是十分突出。在集成模块中，二者的间距小于5~10mm，因此抑制相互间的干扰变得十分重要。这在电磁场分析、电磁兼容模型、电路设计等方面提出了新的