浅谈功率管理技术的发展

    电力电子技术的发展动力来源于各种应用的发展，电力电子技术在其发展的头二三十年中（20世纪60～80年代）主要应用于工业和电力系统。近一二十年来，由于4C产业（Communication通讯、Computer计算机、Consumer消费电器、Car汽车电子）的迅速发展，电力电子技术的覆盖面也有了很大的变化，已覆盖了关系到国家科技发展的各重要方面。

    功率半导体器件是电力电子技术发展的基础，它为上述各种新应用的发展提供了实现的可能性。功率半导体器件的发展已经迈出了两大步：第一步是各种类型的晶闸管，这是电力电子技术头二三十年发展的基础；第二步是各种类型的MOS型器件，它也为4C产业的发展提供了扎实的基础。举例来说，若没有MOS器件的特殊优越性，DC/DC转换技术不可能有今天的发展。当前功率半导体器件的发展正在迈出第三步，即功率半导体器件（电力电子器件）和微电子器件的紧密结合。这可以表现为下述三个方面。

    一、新型功率半导体的芯片制造技术已和集成电路制造技术十分接近，都属于亚微米甚至向深亚微米技术发展；二、功率半导体的封装技术越来越趋近于微电子器件，如近年来集成电路封装所采用的BGA(球栅阵列)等技术已引入功率半导体的外壳技术。但功率半导体的封装仍保持其原有特色，如为更好散热采用了传统大功率器件的双面散热，新型的DirectFET即为一例；三、高电压的大功率半导体器件与低电压集成电路集成在同一芯片中，例如Power Integrations的AC/DC和DC/DC转换器件把高压MOSFET和与低电压CMOS，双晶体管混合信号电路集成在一块硅片上，或者是同一封装中，也即是集成电路封装中的所谓多芯片模块(MCM)的新趋势。这些最新进展促使各种电力电子装置的电气性能更好，体积更小，效率及可靠性更高；更有利于实现生产的自动化和规模化，从而降低成本，更宜于推广应用。
信息电子或微电子不仅是电力电子技术发展的合作夥伴，工艺上互通有无，而且也是电力电子的主要客户。在某种意义上说，正是信息电子技术对电源和功率的不断高、精、尖要求，才促进功率半导体器件和技术的很快发展。电力电子技术要处理的是高电压、大电流。提高功率转换、传送和控制的效率，一直是电力电子技术所追求的目标，是电力电子学的主要特征之一，也是这门技术学科与信息电子学在技术上的主要区别。对于信息处理用的低电平电路，降低功耗一直是个大课题，而效率往往并不是它的重要话题，然而，对于电力电子技术中的功率转换电路，不能容忍其效率低于85%。如今，功率转换的效率可以达到90%以上。然而，人们继续从功率器件和系统两方面努力，进一步提高它的效率。效率高，则功率损耗低，减少了能量消耗，现在全世界都在关注节能问题。同时，效率高，损耗低，可以降低散热的要求，可以缩小散热器的体积，甚至可以不用散热装置，这样可以减少整机的体积、重量，间接地又提高了整机设备可靠性、并降低其成本。

    电力电子技术的发展又表现为功率半导体器件在功率变换(Power Conversion) 中的广泛应用，几年来的发展表现十分强劲，促使出现一个新的术语去描述它，即所谓功率管理(Power Management) 或译为“处理”。它的内涵已不同于功率变换，而是一种更为扩展和准确的描述。如广泛应用的功率因数校正技术 (PFC)，显然用“Power Management” 来描述更为恰当，当前很多论文及杂志都已采用了这个名词去描述电力电子技术的这一最新特征。

    作者简介：丁道宏为第三届中国电源学会理事长及南京航空航天大学教授。<