領(lǐng)先的無源元件制造商，如愛普科斯、勝美達(dá)和威盛電子正聯(lián)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(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)“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(jù)德國政府的高科技戰(zhàn)略IKT 2020，關(guān)注 “2020年IT和通訊技術(shù)”的創(chuàng)新，德國聯(lián)邦教育與研究部BMBF已經(jīng)為EPa項目提供了166.9萬歐元的資金，投資總額將達(dá)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(shù)“計劃的一部分。

這種面向應(yīng)用的研究項目旨在建立一個無源元件領(lǐng)域的創(chuàng)新基礎(chǔ)- 與最先進(jìn)的電源系統(tǒng)相連接。 IKT 2020 的目標(biāo)之一是擴(kuò)大和加強(qiáng)德國在信息和通信技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。該項目將歷時三年，預(yù)計于2013年5月底前完成。

項目旨在通過使用創(chuàng)新的無源元件生產(chǎn)出更為緊湊的資源節(jié)約型電源系統(tǒng)。“使該聯(lián)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(guān)模式電源系統(tǒng)的技術(shù)。”該聯(lián)盟的協(xié)調(diào)人，來自SUMIDA 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(fù)擔(dān)。事實上，它們正成為德國企業(yè)間一個日益增強(qiáng)的競爭因素。與此同時，生態(tài)目標(biāo)驅(qū)使我們在資源的使用中更加負(fù)責(zé)。例如，如今全球范圍內(nèi)所消耗的能源中有40％是電能，預(yù)計到2040年這一數(shù)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(shù)是電氣工程領(lǐng)域的一部分，涵蓋了使用組件和系統(tǒng)進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和分配。電力電子技術(shù)是有效利用資源的一種手段。通過持續(xù)使用電力電子技術(shù)，估計節(jié)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(shù)”課題下的多學(xué)科研究和開發(fā)項目。

在電力電子組件及系統(tǒng)中，除了功率半導(dǎo)體，線圈和電容器等無源元件是關(guān)鍵的器件。過去的20年中，在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了重大的進(jìn)展，目前妨礙進(jìn)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(shù)領(lǐng)域相比，無源元件小型化的物理邊界條件更為嚴(yán)格。例如，在通信系統(tǒng)中，比特和字節(jié)正被納入越來越緊湊的系統(tǒng)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(tǒng)必須符合給定的最小體積。出于這個原因，用戶普遍認(rèn)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(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展，而應(yīng)該是要求這些元件在更高的工作頻率方面有更進(jìn)一步的改善。

作為EPa項目的一部分，將開發(fā)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(shù)的效率又可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)節(jié)能。從環(huán)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(shè)備應(yīng)用中。

EPa聯(lián)盟的主要目的是基于創(chuàng)新的材料、包裝和冷卻方案開發(fā)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(xiàn)這一目標(biāo)，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(zhuǎn)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(chuàng)新材料對熱損耗加以限制或者使用適當(dāng)?shù)睦鋮s措施散熱。.

在技術(shù)方面，研究重點將放在基礎(chǔ)材料的改進(jìn)、元件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)緊湊的原型機(jī)的研制。在經(jīng)濟(jì)方面，目的是通過此項“同類最佳”技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)工作來減緩當(dāng)前電子工業(yè)的人才流動，以便維護(hù)現(xiàn)有的就業(yè)機(jī)會。研究成果將受專利保護(hù)，以保證該產(chǎn)業(yè)在德國的可持續(xù)性。