Integrated Micro-Scale Power Electronics

集成微型电力电子器件

基本信息

  • 批准号:
    0401278
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2004-06-01 至 2007-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The rapid evolution of micro-scale systems technology is generating a demand for power electronic circuits that achieve unprecedented levels of miniaturization. Furthermore, there is a tremendous need for these power electronics to be manufacturable via batch microfabrication techniques and integrable with other microsystem components. The passive energy-storage components used in power electronics are a major obstacle to achieving miniaturization and integration. The energy storage density limitations of passive components and their poor scaling characteristics impair converter performance at small scales. Integrated fabrication of micro-scale power electronics requires components and topologies that circumvent these problems. The research program described here addresses the twin challenges of miniaturization and integrated fabrication of micro-scale power electronics. Two closely-related approaches for meeting these challenges are proposed. The first approach explores novel passive components and circuit topologies based on multi-resonant filter networks that take advantage of the ratiometric matching available through microfabrication. These structures and topologies are compatible with conventional power conversion methods, but require much lower passive-component size. The second approach explores alternative micro-scale passive components that incorporate mechanical modes of energy storage. These microelectromechanical filter components are compatible with the new circuit topologies explored here, can be implemented with MEMS fabrication techniques, and exhibit improved scaling characteristics.The research results have the potential for tremendous impact on the size, performance, and manufacturability of micro-scale power electronics. In pursuing this project, we will also address an important education issue: the need for engineers that are capable of bringing micro-scale power electronics into widespread application. This will be accomplished by engaging students in the research, incorporating key research results into our education and community outreach efforts, and by forging synergistic ties between the research and courses at MIT. As part of these efforts, we will endeavor to engage students with a broad variety of backgrounds in the work, and especially to engage students from under-represented groups.
微尺度系统技术的快速发展产生了对实现前所未有的小型化水平的电力电子电路的需求。 此外,有一个巨大的需求,这些电力电子设备是通过批量微制造技术制造和集成与其他微系统组件。无源储能元件是电力电子实现小型化和集成化的主要障碍。 无源元件的能量存储密度限制及其较差的缩放特性会损害小规模转换器的性能。 微尺度电力电子器件的集成制造需要规避这些问题的组件和拓扑结构。这里描述的研究计划解决了微型电力电子器件的小型化和集成制造的双重挑战。 提出了两个密切相关的方法来应对这些挑战。第一种方法探讨了新颖的无源元件和电路拓扑结构的基础上,利用多谐振滤波器网络的比例匹配,通过微制造。这些结构和拓扑与传统的功率转换方法兼容,但需要更低的无源元件尺寸。第二种方法探讨了替代的微尺度无源元件,其结合了能量存储的机械模式。这些微机电滤波器元件与本文研究的新电路拓扑结构兼容,可以用MEMS制造技术实现,并具有改进的缩放特性,研究结果对微尺度电力电子的尺寸、性能和可制造性具有巨大的影响。 在进行这个项目时,我们还将解决一个重要的教育问题:需要能够将微型电力电子技术广泛应用的工程师。 这将通过让学生参与研究,将关键的研究成果纳入我们的教育和社区推广工作,并通过在麻省理工学院的研究和课程之间建立协同关系来实现。 作为这些努力的一部分,我们将奋进让学生在工作中有各种各样的背景,特别是从代表性不足的群体从事学生。

项目成果

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