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混合集成技术在电源中的应用

混合集成技术在电源中的应用

点击数:7870 次   录入时间:03-04 11:48:48   整理:http://www.55dianzi.com   电子技术
而对于中大功率电源来说,可以采用将开关元件和磁性元件分别封装在不同的模块中的方案。


系统集成
也就是系统级的集成,这是目前在工程技术领域普遍采用的集成方案,其含义是将已有的实体经过有机的组合及拼装形成一个完整的系统,在电力电子技术领域,系统集成一般指将多个电路或装置有机的组合成具有完整功能的电力电子系统,如通信电源系统等。系统集成是功能的集成,具有低的集成度和技术难度,容易实现,但由于集成度低,与独立的装置和电路相比,体积和重量都无法显著降低,而且其构成仍以分立的元器件为主,设计、制造都较复杂,不能明显的体现集成的优势。目前,系统集成技术多用于功率很大、结构和功能复杂的系统。
目前,国际电力电子学界所谈论的集成概念一般指单片集成和混合集成,而很少包含系统集成这一层次。

国际电力电子集成技术的研究概况
电力电子集成模块的电路用于集成模块内的电路应具有通用性,并应具有结构简单、效率高、易于集成的特点。在众多的电路中,图3所示的两个开关和两个续流二极管构成的半桥型电路可以用于构成半桥、全桥、三相桥等多种电路,具有很好的通用性。配合一定的外部电路和特殊的控制方式,还可以实现软开关。图4所示为一种采用不对称控制方式的软开关半桥型的电路。其他可以用于集成模块的电路还有移相全桥型电路等。


电力电子集成模块的封装技术
封装技术指将不同功能、不同工艺的功率器件管芯与部分或全部驱动、保护、控制电路元件采用一定的工艺手段相互连接和组装,构成集成模块。
目前比较成熟、应用最为广泛的方法是在DBC基板或铝基板上安装管芯和元件,用铝丝压焊互联的技术。


虽然铝丝压焊工艺应用广泛,但越来越多的研究表明,该工艺存在诸多问题,主要的有:
互连线寄生电感较大,会给器件带来较高的开关过电压,形成开关应力。
多根铝丝并联的临近效应导致电流分布不均,造成局部电流集中,也成为加速模块失效的一个原因。
高频大电流通过铝丝产生的电磁力、热应力等造成其可靠性较低,容易疲劳脱落造成模块失效。
铝丝较细,传热性能不够好,不能有效的将器件表面产生的热量有效传出。


因此出现了许多不采用铝丝的互连方法,如MCM(Multi-Chip Module 多芯片模块)、BGA(Ball Grid Array 焊球阵列)等技术,但这些方法目前都还不够成熟,还不能达到足够高的可靠性,并且因为成本较高而难以商业化。


磁集成和无源元件集成技术
电源装置中往往包含变压器、电感等磁性元件,不仅体积大,而且形状不规则,给结构设计带来很多不便。采用磁集成技术可以将多个磁性元件集成为一个磁集成元件,不仅减小了体积,而且便于结构设计。进一步还可以将电路中部分电容与磁性元件集成在一起,构成无源集成模块,进一步减小体积。图5是一种用于开关电源的磁集成模块的组成结构,而图6是该模块的实例。

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