實(shí)際上,在電力電子集成技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中,已經(jīng)經(jīng)歷了功率半導體器件的模塊化、功率與控制電路的集成化、無(wú)源元件的集成(包括磁集成技術(shù))等發(fā)展階段。
1)電力電子器件模塊
電力電子電路常常由多個(gè)電力電子器件組成,如一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)至少需要兩個(gè)三端器件和兩個(gè)二極管組成;考慮到串/并聯(lián)、單相、三相半橋或全橋開(kāi)關(guān)電路要用幾個(gè),甚至幾十個(gè)開(kāi)關(guān)器件和一些輔助器件(如快速二極管)組成。電力電子轉換器的功率電子器件之間的互連線(xiàn)多、寄生電感大。為了使其結構緊湊、體積小、加工方便,更為了縮短開(kāi)關(guān)器件之間的互連導線(xiàn),減小電感,電力電子器件必須實(shí)現模塊化、集成化。將若干個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件和快速二極管組合成標準的電力電子器件模塊(PowerModu1e),是集成電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中最原始和最簡(jiǎn)單的集成化、模塊化。逆阻(ReverseB1ocking,RB)IGBT的出現,使雙向IGBT開(kāi)關(guān)省去了兩個(gè)二極管,有利于組成矩陣轉換器模塊。
但是,電力電子器件模塊僅僅是若干電力電子器件的集成,還沒(méi)有與驅動(dòng)、控制、保護、檢測、通信等功能集成,有待于進(jìn)一步發(fā)展。
2)智能功率模塊
20世紀80年代開(kāi)發(fā)了智能電力電子模塊(Inte11igentPowerModu1e,IPM)將電力電子器件與驅動(dòng)、智能控制、保護、邏輯電路等集成封裝,IPM又稱(chēng)為智能電力電子集成電路(SmartPowerIC)。
近幾年來(lái)的發(fā)展方向是將小功率系統集成在一個(gè)芯片上(SystemnChip),可以使電力電子產(chǎn)品更為緊湊,體積更小,也減小了引線(xiàn)的長(cháng)度,從而減小了寄生參數。在此基礎上,可以實(shí)現一體化(A11inONe),將所有元器件連同控制保護集成在一個(gè)模塊中。有報道稱(chēng),美國有研究人員將小功率異步電動(dòng)機的運動(dòng)控制系統(包括逆變器、微處理器、控制保護電路)集成在電動(dòng)機內,形成傳動(dòng)控制系統與電動(dòng)機的一體化。
3)集成電力電子系統
20世紀90年代,隨著(zhù)大規模分布電源系統的發(fā)展,IPM的設計觀(guān)念被推廣到更大容量、更高電壓的集成電力電子電路,并提高了集成度,稱(chēng)為集成電力電子模塊(IntegratedPowerE1ectronicsModu1e,IPEM)。將電力電子器件與電路、控制、以及檢測、執行等元器件集成封裝,得到標準的、可制造的IPEM模塊、既可用于標準設計,又可用于專(zhuān)用特殊設計。優(yōu)點(diǎn)是可以快速高效地為用戶(hù)提供產(chǎn)品,顯著(zhù)降低了成本,提高了可靠性。
應用了嵌人式電力電子半導體功率器件的多層集成封裝技術(shù),可以把包括散熱板、基板、絕緣傳熱材料、功率母線(xiàn)、電力半導體功率器件、銅層、陶瓷、集成無(wú)源元件、金屬層、表面貼裝芯片(驅動(dòng)、檢測及保護元件)等封裝在一起。