淺談功率管理技術(shù)的發(fā)展

    電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力來(lái)源于各種應(yīng)用的發(fā)展，電力電子技術(shù)在其發(fā)展的頭二三十年中（20世紀(jì)60～80年代）主要應(yīng)用于工業(yè)和電力系統(tǒng)。近一二十年來(lái)，由于4C產(chǎn)業(yè)（Communication通訊、Computer計(jì)算機(jī)、Consumer消費(fèi)電器、Car汽車(chē)電子）的迅速發(fā)展，電力電子技術(shù)的覆蓋面也有了很大的變化，已覆蓋了關(guān)系到國(guó)家科技發(fā)展的各重要方面。

    功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，它為上述各種新應(yīng)用的發(fā)展提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展已經(jīng)邁出了兩大步：第一步是各種類(lèi)型的晶閘管，這是電力電子技術(shù)頭二三十年發(fā)展的基礎(chǔ)；第二步是各種類(lèi)型的MOS型器件，它也為4C產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。舉例來(lái)說(shuō)，若沒(méi)有MOS器件的特殊優(yōu)越性，DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)不可能有今天的發(fā)展。當(dāng)前功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展正在邁出第三步，即功率半導(dǎo)體器件（電力電子器件）和微電子器件的緊密結(jié)合。這可以表現(xiàn)為下述三個(gè)方面。

    一、新型功率半導(dǎo)體的芯片制造技術(shù)已和集成電路制造技術(shù)十分接近，都屬于亞微米甚至向深亞微米技術(shù)發(fā)展；二、功率半導(dǎo)體的封裝技術(shù)越來(lái)越趨近于微電子器件，如近年來(lái)集成電路封裝所采用的BGA(球柵陣列)等技術(shù)已引入功率半導(dǎo)體的外殼技術(shù)。但功率半導(dǎo)體的封裝仍保持其原有特色，如為更好散熱采用了傳統(tǒng)大功率器件的雙面散熱，新型的DirectFET即為一例；三、高電壓的大功率半導(dǎo)體器件與低電壓集成電路集成在同一芯片中，例如Power Integrations的AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換器件把高壓MOSFET和與低電壓CMOS，雙晶體管混合信號(hào)電路集成在一塊硅片上，或者是同一封裝中，也即是集成電路封裝中的所謂多芯片模塊(MCM)的新趨勢(shì)。這些最新進(jìn)展促使各種電力電子裝置的電氣性能更好，體積更小，效率及可靠性更高；更有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和規(guī)模化，從而降低成本，更宜于推廣應(yīng)用。
信息電子或微電子不僅是電力電子技術(shù)發(fā)展的合作夥伴，工藝上互通有無(wú)，而且也是電力電子的主要客戶。在某種意義上說(shuō)，正是信息電子技術(shù)對(duì)電源和功率的不斷高、精、尖要求，才促進(jìn)功率半導(dǎo)體器件和技術(shù)的很快發(fā)展。電力電子技術(shù)要處理的是高電壓、大電流。提高功率轉(zhuǎn)換、傳送和控制的效率，一直是電力電子技術(shù)所追求的目標(biāo)，是電力電子學(xué)的主要特征之一，也是這門(mén)技術(shù)學(xué)科與信息電子學(xué)在技術(shù)上的主要區(qū)別。對(duì)于信息處理用的低電平電路，降低功耗一直是個(gè)大課題，而效率往往并不是它的重要話題，然而，對(duì)于電力電子技術(shù)中的功率轉(zhuǎn)換電路，不能容忍其效率低于85%。如今，功率轉(zhuǎn)換的效率可以達(dá)到90%以上。然而，人們繼續(xù)從功率器件和系統(tǒng)兩方面努力，進(jìn)一步提高它的效率。效率高，則功率損耗低，減少了能量消耗，現(xiàn)在全世界都在關(guān)注節(jié)能問(wèn)題。同時(shí)，效率高，損耗低，可以降低散熱的要求，可以縮小散熱器的體積，甚至可以不用散熱裝置，這樣可以減少整機(jī)的體積、重量，間接地又提高了整機(jī)設(shè)備可靠性、并降低其成本。

    電力電子技術(shù)的發(fā)展又表現(xiàn)為功率半導(dǎo)體器件在功率變換(Power Conversion) 中的廣泛應(yīng)用，幾年來(lái)的發(fā)展表現(xiàn)十分強(qiáng)勁，促使出現(xiàn)一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)去描述它，即所謂功率管理(Power Management) 或譯為“處理”。它的內(nèi)涵已不同于功率變換，而是一種更為擴(kuò)展和準(zhǔn)確的描述。如廣泛應(yīng)用的功率因數(shù)校正技術(shù) (PFC)，顯然用“Power Management” 來(lái)描述更為恰當(dāng)，當(dāng)前很多論文及雜志都已采用了這個(gè)名詞去描述電力電子技術(shù)的這一最新特征。

    作者簡(jiǎn)介：丁道宏為第三屆中國(guó)電源學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)及南京航空航天大學(xué)教授。<