封装、集成和快速切换：已经取得了什么成就，下一步发展是什么？

今天，由于该领域众多公司的研究，功率器件已达到极高的效率水平。优异的成绩是由于不同电子和物理部门的协同作用，它们结合在一起，可以达到最高水平。让我们看看功率器件的封装和集成如何实现非常高的效率，尤其是在高开关速度下，从而积极利用所有可用功率。

封装与集成：两个成语

最近，在一个非常有趣的电源设备网络研讨会上，Eckart Hoene教授来自柏林的文章展示了功率器件效率的研究现状。他的主要研究涉及包装，特别关注工业应用。他说：“我们开始使用集成制造工艺，因为我们希望降低开关损耗，从而减少寄生干扰。这会通过减少开关损耗来加快开关速度”。未来几十年在这个领域将是非常重要和决定性的。随着可再生能源取代化石燃料，电力电子将变得更加重要，该行业的产量将增加十倍。Hoene 宣称：“我们确实需要考虑如何尽可能经济地生产。一种可能的解决方案是减小设备的尺寸。更小的尺寸意味着更少的材料，因此，降低成本。完全集成的驱动程序肯定会包含更少的组件”。他的研究活动涉及快速开关功率半导体及其应用的未来。

实现最大效率结果的策略

完全集成设备不是一项简单的操作，需要在开发和新技术方面付出一定的努力。通过集成，降低了开关损耗。集成的另一个优点是这大大减少了开发时间。事实上，使用现成的包，设计一个系统，并不需要对这件事有深入的了解。Eckart Hoene 教授进一步表示：“当我们想要创建一个系统时，如果我们使用现成的软件包，那么所有的设计时间都将被消除，并且不需要专家所拥有的知识”. 高度集成的驱动器包含更少的主动和被动组件。有很高的优势。这种技术可以降低开关损耗，增加脉冲频率，甚至减少无源元件的数量。总之，集成可以产生几个好处：

· 更少的开关损耗;

· 更少的寄生噪音;

· 更快的切换;

· 更快的发展：“打包”的知识减少了对有经验的人的需求;

· 通过大批量生产技术降低成本;

· 减小设备的尺寸;

· 有源和无源元件的数量较少。

此外，开关性能越来越好，如今已实现几乎完美的开关。新的半导体能够快速改变它们的逻辑状态，并且有可能克服以前从未达到的极限。这种集成还具有电感极低的巨大优势，甚至低于 2 nH。事实上，本地直流缓冲器的工作性能更好。清洁开关的秘诀是什么?电路的核心包含两个半导体和中间电路电容器，以及一个阻尼电阻。随着改进，一些模块还可以驱动 150 安培和 800 伏特的负载。

在开启过程中，电路中会短暂流过大电流(黑色图中为 150 A)，然后减小。同时，中间电路的大电容保证了更长时间的稳定电流(绿图)。缓冲器在切换时提供电流，并且由于它被电阻器阻尼，因此获得了非常平滑和干净的切换，没有嗡嗡声并且过电压非常低。

低电感集成器件

在功率开关应用中，电感具有决定性意义，必须尽可能加以限制。低电感是如何实现的?实验原型由两层陶瓷基板组成。背部的特点是散热结构。请注意封装在 PCB 上的四个碳化硅半导体。因此，该器件对电镀处理的微通孔进行了激光钻孔。最后，用一个金属盖将其封闭，在该金属盖上可以使用电触点。该设备可以从后面安装。

仅直流链路中的低电感不足以实现开关目的，但栅极回路中的低电感也很重要。为此，将半导体集成到驱动器升压器中。最后，它们都形成了一个块。当然，进一步的集成极大地简化了设计，但只适用于较低的电压。该块填充有绝缘材料以增加设备的安全度，并且由于陶瓷板，绝缘电压约为2.5 kV，具有良好的导热性。但是，块中的孔允许您将组件拧到散热器上。

结论

今天的主要目标有两个：提高性能和降低成本。为此，有必要调整生产过程。自动化生产在这方面提供了许多可能性。因此，异构集成将成为高性能、无寄生开关器件的未来，适用于 SiC 和 GaN 器件，并且可供所有用户使用。