淺談功率管理技術的發展

    電力電子技術的發展動力來源于各種應用的發展，電力電子技術在其發展的頭二三十年中（20世紀60～80年代）主要應用于工業和電力系統。近一二十年來，由于4C產業（Communication通訊、Computer計算機、Consumer消費電器、Car汽車電子）的迅速發展，電力電子技術的覆蓋面也有了很大的變化，已覆蓋了關系到國家科技發展的各重要方面。

    功率半導體器件是電力電子技術發展的基礎，它為上述各種新應用的發展提供了實現的可能性。功率半導體器件的發展已經邁出了兩大步：第一步是各種類型的晶閘管，這是電力電子技術頭二三十年發展的基礎；第二步是各種類型的MOS型器件，它也為4C產業的發展提供了扎實的基礎。舉例來說，若沒有MOS器件的特殊優越性，DC/DC轉換技術不可能有今天的發展。當前功率半導體器件的發展正在邁出第三步，即功率半導體器件（電力電子器件）和微電子器件的緊密結合。這可以表現為下述三個方面。

    一、新型功率半導體的芯片制造技術已和集成電路制造技術十分接近，都屬于亞微米甚至向深亞微米技術發展；二、功率半導體的封裝技術越來越趨近于微電子器件，如近年來集成電路封裝所采用的BGA(球柵陣列)等技術已引入功率半導體的外殼技術。但功率半導體的封裝仍保持其原有特色，如為更好散熱采用了傳統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轉換器件把高壓MOSFET和與低電壓CMOS，雙晶體管混合信號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。這些最新進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；更有利于實現生產的自動化和規模化，從而降低成本，更宜于推廣應用。
信息電子或微電子不僅是電力電子技術發展的合作夥伴，工藝上互通有無，而且也是電力電子的主要客戶。在某種意義上說，正是信息電子技術對電源和功率的不斷高、精、尖要求，才促進功率半導體器件和技術的很快發展。電力電子技術要處理的是高電壓、大電流。提高功率轉換、傳送和控制的效率，一直是電力電子技術所追求的目標，是電力電子學的主要特征之一，也是這門技術學科與信息電子學在技術上的主要區別。對于信息處理用的低電平電路，降低功耗一直是個大課題，而效率往往并不是它的重要話題，然而，對于電力電子技術中的功率轉換電路，不能容忍其效率低于85%。如今，功率轉換的效率可以達到90%以上。然而，人們繼續從功率器件和系統兩方面努力，進一步提高它的效率。效率高，則功率損耗低，減少了能量消耗，現在全世界都在關注節能問題。同時，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，這樣可以減少整機的體積、重量，間接地又提高了整機設備可靠性、并降低其成本。

    電力電子技術的發展又表現為功率半導體器件在功率變換(Power Conversion) 中的廣泛應用，幾年來的發展表現十分強勁，促使出現一個新的術語去描述它，即所謂功率管理(Power Management) 或譯為“處理”。它的內涵已不同于功率變換，而是一種更為擴展和準確的描述。如廣泛應用的功率因數校正技術 (PFC)，顯然用“Power Management” 來描述更為恰當，當前很多論文及雜志都已采用了這個名詞去描述電力電子技術的這一最新特征。

    作者簡介：丁道宏為第三屆中國電源學會理事長及南京航空航天大學教授。<