無源元件中的最大功率密度

    領先的無源元件制造商，如愛普科斯、勝美達和威盛電子正聯合諸如Treofan、FIT陶瓷、博世、賽米控、弗勞恩霍夫IISB和弗勞恩霍夫IKTS等材料專家和研究機構聯合攻關“用于電力電子方面的最大功率密度高效無源元件的溫度范圍的增大-EPa”項目。

    根據德國政府的高科技戰略IKT 2020，關注 “2020年IT和通訊技術”的創新，德國聯邦教育與研究部BMBF已經為EPa項目提供了166.9萬歐元的資金，投資總額將達到292.3萬歐元，該項目是“LES：用于提高能源效率的電力電子技術“計劃的一部分。

    這種面向應用的研究項目旨在建立一個無源元件領域的創新基礎- 與最先進的電源系統相連接。IKT 2020的目標之一是擴大和加強德國在信息和通信技術領域的領先地位。該項目將歷時三年，預計于2013年5月底前完成。

    EPa項目旨在通過使用創新的無源元件生產出更為緊湊的資源節約型電源系統�！笆乖撀撁伺c眾不同的是這是第一次元件制造商和用戶一起努力改善用于開關模式電源系統的技術�！痹撀撁说膮f調人，來自勝美達元件和模塊有限公司的Johann Winkler這樣解釋到。

    背景

    能源成本的增加，不僅是私人家庭的負擔。事實上，它們正成為德國企業間一個日益增強的競爭因素。與此同時，生態目標驅使我們在資源的使用中更加負責。例如，如今全球范圍內所消耗的能源中有40％是電能，預計到2040年這一數字將上升到60％。因此，對電力電子的需求也將會增長。

    電力電子技術是電氣工程領域的一部分，涵蓋了使用組件和系統進行電能的轉換和分配。電力電子技術是有效利用資源的一種手段。通過持續使用電力電子技術，估計節能潛力為20-35％。因此作為IKT 2020年框架計劃的一部分，德國政府支持 “LES：用于提高能源效率的電力電子技術”課題下的多學科研究和開發項目。

    在電力電子組件及系統中，除了功率半導體，線圈和電容器等無源元件是關鍵的器件。過去的20年中，在功率半導體領域取得了重大的進展，目前妨礙進一步減小電力電子組件尺寸的惟一攔路虎是無源元件所需的空間。其原因是，與IT和通訊技術領域相比，無源元件小型化的物理邊界條件更為嚴格。例如，在通信系統中，比特和字節正被納入越來越緊湊的系統中，相比之下，由于材料的性能原因，電力電子過程中所需的電能儲存系統必須符合給定的最小體積。出于這個原因，用戶普遍認為無源元件太大、太重且太昂貴。因此，對于這些元件來說，重點不僅僅只是維持在功率半導體領域的發展，而應該是要求這些元件在更高的工作頻率方面有更進一步的改善。

    作為EPa項目的一部分，將開發一個元件樣本- 一種供電動汽車充電的移動充電器- 通過減輕重量既提高了電力電子技術的效率又可以實現整個系統節能。從環保的角度來看，這將比單純的基于減小電力損耗的方案帶來更好的整體效果， 特別是在移動設備應用中。

    EPa聯盟的主要目的是基于創新的材料、包裝和冷卻方案開發新一代電力電子無源元件 -這一舉措將成為使電力電子組件越來越小型化的一個手段。為了實現這一目標，采取了雙管齊下的辦法：首先，提高所涉及材料的電能儲存能力。其次，每秒鐘一個線圈存儲的電能1/2 LI²或一個電容器所存儲的電能1/2 CU²更為頻繁地從電路的輸入轉移到電路的輸出。事實上，這意味著工作頻率的明顯增加，同時也意味著無源元件熱損耗的劇烈增加。所以必須使用創新材料對熱損耗加以限制或者使用適當的冷卻措施散熱。

    在技術方面，研究重點將放在基礎材料的改進、元件結構的優化和結構緊湊的原型機的研制。在經濟方面，目的是通過此項“同類最佳”技術領域的研發工作來減緩當前電子工業的人才流動，以便維護現有的就業機會。研究成果將受專利保護，以保證該產業在德國的可持續性。

    照片1：賽米控在紐倫堡的技術總監Bernhard Kalkmann先生

    照片 2：“使該聯盟與眾不同的是這是第一次元件制造商和用戶一起努力改善用于開關模式電源系統的技術�！痹撀撁说膮f調人，來自勝美達元件和模塊有限公司的Johann Winkler這樣解釋到。■