电气系统效率需求促进功率模块的开发

电气系统效率需求促进功率模块的开发：
    　电气系统中，关于效率，一直存在着成本和规模的压力。如今，考虑这些系统的二氧化碳排放也变得重要了。对提升效率的需求，体现在电能的产生和使用两个方面。在电能的产生方面，风力发电系统的市场和功率等级正在不断地增长，对更高离岸电压系统的需求也在增长。太阳能发电正在一些市场获得发展，如德国和西班牙。混合动力汽车只是那些必须尽可能使用电能的复杂系统的一个例子。诸如电气“涡轮增压”的开发将确保该技术不断地发展。
    　想象一下，把电力电子与绝大部分电气应用相结合以提供更好的利用是可能的。据估计，全世界由电力电子设备控制的电动机不到总数的8%。采用电力电子设备控制电机，效率可以提高30%，因此这一领域有可能出现显著的市场增长。
    　为实现效率方面的最大节约，笔者需要将最好的硅，最好的冷却技术和最佳的控制相结合。这一点将通过软开关技术的改善、谐振变换器、更高的控制频率(即硅片内的频率)以及可简化滤波并减轻重量、体积和成本的较小磁性元件来实现。
   　 电能质量需要改善，同时对emc的要求比以往任何时候都更严格。标准和审批加上复杂的要求。所有这些需求必须得到满足，而有关开发速度的压力也在不断增加。满足这一需求的最好方法是开发可以形成一个基础平台的产品，该平台可以很容易扩充，以应付不断增长的对功率等级的需求。
    　为使控制工作正常，需要良好的信息反馈。必须知道硅片的真实温度——这使得在硅片上集成温度传感器并提供电气隔离反馈变得必不可少。产品在应用中的更进一步优化可以通过热建模实现。这使得“次要”热问题(热串扰，等温线失真和边界效应)及其组合被加以分析，从而可以得到成功的设计和可靠的功率模块。
    　封装是另一个将变得更加重要的领域。把更多的组件(不只是硅)集成到功率模块陶瓷基板上的工作已经取得了进展，使得这些组件也可以获得积极降温。这将使实现更高的集成度成为可能，从而显著提高效率和减少尺寸。
    　改进的半导体技术已使组件的结构更好，开关速度更快。随着第三代igbt芯片的出现，电流密度可增加50％。图2显示了过去几十年间，1200vigbt芯片电流密度的增长情况。引起电流密度改善的原因之一是芯片厚度的大幅减少。这样一个发展过程，即芯片厚度的持续减少，在后续芯片中仍将被芯片制造商继续追求。基于现有安装和装配技术的超薄晶圆技术已经达到了它的极限。这一点可从以下事实看出:最新的600v沟道igbt(芯片厚度为70μm)的最大允许短路时间，已经不得不从10μs减少到6μs。巨大的短路电力浪涌再也不能由薄硅片储存，设计的热阻抗使得热量不能很快地散失掉。半导体技术的改善和发展中使得可能获得更高的电流密度，从而提高芯片的温度。2005年，600vigbt和续流二极管的最高允许芯片温度增加了25℃，达到175℃，并已经正在迈向200℃。
    　更高的运行温度和电流密度对可靠性，尤其是负载循环能力有不良的影响的。为应对这一点，改进安装技术是至关重要的。    

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