Energetska elektronika i upravljanje napajanjem

Energetska elektronika nastala je 1970-ih. Prije toga, ljudi su to nazivali promjenjivom trenutnom tehnologijom ili tehnologijom pretvorbe energije. Razvijen je iz tehnologije ispravljanja četrdesetih i pedesetih godina prošlog vijeka. Početkom ove industrije postoje Xi' Institut za ispitivanje ispravljača, glavne tvornice ispravljača u cijeloj zemlji, Međunarodna ispravljačka kompanija u Sjedinjenim Državama itd. Prethodnik Xi' Instituta za ispitivanje ispravljača, Laboratorija za istraživanje poluprovodnika Instituta za istraživanje električne opreme Ministarstva mašina, najranija je jedinica koja se bavi snažnim poluprovodnicima u Kini. Međunarodna ispravljačka kompanija, osnovana 1947. godine, takođe se smatra najranijom kompanijom za poluvodiče u Sjedinjenim Državama. Kada se tiristor razvije u veliku porodicu, kada se postupno razvijaju neki uređaji s kratkim vremenom isključivanja ili lako isključenjem, aplikacija pretvarača postupno raste do dominantne primjene. U to je vrijeme akademska zajednica predložila da postoji nova disciplina koja će klasificirati ovaj razvoj. Dakle, postoji energetska elektronika u odnosu na informacionu elektroniku. Prvi se bavi informacijama, a drugi s moći. U ovu temu uvedeno je i više teorije automatskog upravljanja i nove elektronske tehnologije. U to se vrijeme smjer primjene fokusirao na industrijske primjene, vuču vozila i sisteme napajanja, tako da su ljudi najviše zabrinuti razvojem smjera velike snage. Na primjer, iako su se dvosmjerni tiristori široko koristili u kućanskim aparatima, Kina je još uvijek zaključala razvoj dvosmjernih tiristora u smjeru industrijske primjene u 1970-ima. Nakon toga se nije razvio u dvosmjerni tiristor za kućanske aparate. Što se tiče poluprovodnika velike snage, jaz između Kine i stranih zemalja nije bio velik. Zbog velikih infrastrukturnih potreba Kine&# 39, u poređenju sa inostranstvom, poluprovodnički uređaji velike snage u ovoj fazi imaju više koristi. Posljednjih godina uvedeni su neki veliki projekti, što je dodatno skratilo jaz sa stranim zemljama. Ovo je aspekt razvoja energetske elektronike. To bi mogao biti i glavni aspekt kojem moje društvo za elektroniku elektronike uvijek pridaje značaj. Nakon uspona uređaja tipa MOS ranih 1980-ih, nakon više od deset godina razvoja, energetska elektronika pokrila je više drugih područja, poput industrije 4C (Komunikacija, Računari, Potrošački električni uređaji, Automobili). U ovom trenutku, napredak njegove tehnologije manje naglašava veličinu energije, već se fokusira na pružanje ovim industrijama efikasnijih, malih i laganih izvora energije. Ako kažemo da elektronika velike snage naglašava sistem izvršenja, elektronika male snage naglašava napajanje. Ako se mikroelektronika usporedi s mozgom, velika energetska elektronika naglašava ulogu ruku i nogu, dok mala elektronika naglašava ulogu srca. Društvo za napajanje naše zemlje prirodno će posvetiti više pažnje ulozi potonjeg. Ali oba pripadaju energetskoj elektronici. Vjerujem da će oba društva brinuti o razvoju energetske elektronike u dva aspekta. Ukratko, to je dvadesetogodišnji razvoj različitih tiristora, koji je postavio čvrste temelje za razvoj energetske elektronike u industriji, pogonu i elektroenergetskim sistemima. Tako se formira energetska elektronika. Nakon toga, različiti uređaji tipa MOS doživjeli su dvije decenije razvoja, što je također postavilo čvrste temelje za razvoj 4C industrije. Učinite tehnologiju energetske elektronike velikim korakom naprijed. Trenutno, zbog daljnje integracije mikroelektronike i energetske elektronike, poluvodički uređaji snage čine treći korak, koji se može očitovati u sljedeća tri aspekta: 1) Proizvodnja čipova novih energetskih poluprovodničkih uređaja sve više koristi čipove integriranih krugova. Tehnologija, drugim riječima, moćni poluvodički uređaji usvajaju submikron tehnologiju i razvijaju se u smjeru duboke submikrone. Koncept da su poluprovodnički uređaji snage samo tehnologija na niskom nivou sada bi trebao biti promijenjen. Naravno, proizvodnja snažnih poluvodičkih uređaja nije koristila najnapredniju IC procesnu tehnologiju godine, ali ove su razlike omogućile upotrebu jeftinije opreme, smanjujući time proizvodne troškove, što je vrlo važno za razvoj energetskih poluprovodničkih uređaja. 2) Ne samo da se tehnologija čipova, već i tehnologija pakovanja poluprovodničkih uređaja snage približava integriranim krugovima. U posljednjih nekoliko godina, vruća mjesta za pakiranje integriranih krugova bila je upotreba tehnologija BGA (Ball Grid Array) i MCM (Multi-Chip Module), koje su postupno postale metode pakiranja koje su usvojili novi moćni poluvodički uređaji. Na primjer, IR' s FlipFET i iPOWIR koriste oba BGA tehnologiju, a iPOWIR je ujedno i najtipičnija MCM tehnologija. Naravno, poluprovodnički uređaji snage imaju veće zahtjeve za odvođenjem toplote od integriranih krugova. Dvostrano odvođenje toplote uobičajeno u pakiranjima tiristora u prošlosti se sada prvi put koristi u MOS uređajima, a DirectFET je jedan od primjera. Što se tiče DirectFET-a, ovaj će ga članak dati kratki uvod. 3) Novi trend je da se poluvodički uređaji i integrirani krugovi često kombiniraju u istom čipu ili istom paketu. Drugim riječima, funkcionalniji upravljački dio i dijelovi napajanja ili zaštitni krug kombiniraju se u jednom uređaju. U prošlosti se integrirani krugovi napajanja na koje ljudi pozivaju uglavnom odnose na visokonaponske pogonske krugove, odnosno integrirane krugove koji se koriste za pogon višenaponskih MOSFET-ova ili IGBT-ova. Međutim, trenutno je proizvedena klasa integriranih krugova i srodnih uređaja za napajanje koji se nazivaju upravljanje napajanjem. Napon možda nije visok, ali je kontrolna funkcija znatno poboljšana. Najtipičniji su neki uređaji u DC-DC aplikacijama. Stoga je koncept da se energetski uređaji odnose samo na diskretne uređaje pretrpio temeljnu promjenu. Na primjer, napredni uređaji povezani sa IC ili sa posebnim funkcijama koje proizvodi IR nadmašili su konvencionalne diskretne uređaje i dalje se razvijaju u smjeru proizvodnje&sistema." Postoji izreka da će proizvodnja naprednih uređaja poput sistema i IC-a postati glavni oslonac u budućnosti. U takvom razvojnom procesu pojam upravljanja energijom postajao je sve češći. Formulacija upravljanja energijom u inostranstvu postala je prilično popularna, posebno u industriji energetske elektronike povezane sa 4C industrijom. Učestalost njegovog pojavljivanja čak je i veća nego u originalne energetske elektronike. Neki strani proizvođači sebe često nazivaju stručnjacima za upravljanje napajanjem. Zapravo, u tom pogledu nema kontradikcije, jer je upravljanje energijom samo nova formulacija u određenim poljima u trenutnoj fazi razvoja energetske elektronike. U poređenju sa energetskom elektronikom, upravljanje napajanjem naglašava&upravljanje." Naglašava funkciju kontrole ovog aspekta. Riječ snaga može značiti snagu, električnu energiju ili snagu. Upravljanje se može shvatiti i kao upravljanje ili obrada. Stoga može postojati mnogo vrsta kineskih prijevoda. Međutim, četiri kineska znaka za upravljanje napajanjem pojavila su se u Kini mnogo puta, što bi moglo dodati neke probleme standardnom jeziku. Međutim, mnogi strani izrazi imaju vlastiti proces razvoja, a često se pojavljuju i mnogi novi pojmovi. Trebali bismo dublje razumjeti pojavu ovih novih pojmova iz tehničke perspektive. Pretvorba napajanja (pretvorba snage) nekada je bila gotovo sinonim za energetsku elektroniku. Jedan strani magazin jednom je promijenio naslov Power Electronics u Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Ali pretvorba snage ne može' sve uključuje upravljanje napajanjem u energetskoj elektronici. Kao što je podešavanje faktora snage * i regulator niskog osipanja (LDO) i tako dalje. LDO se široko koristi u napajanju računara kao podešavanje i stabilizacija napona malog dometa. To je IC, a uključuje i uređaje za napajanje. Na primjer, u izmjeničnom i istosmjernom napajanju može biti uređaj za napajanje s PWM-om i uključenjem nultog napona, što je ujedno i IC. Zove se Integrirani prekidač u IC-u. To su tipični primjeri kombinacije IC i uređaja za napajanje. Proljetos sam na prvom sastanku i izložbi PCIM&br. 39 održanom u Kini jednom predstavio izvještaj o DirectFET-u u ime kolege iz IR-a. Ovo je novo žarište za IR. Ovdje bih dao kratki uvod u ovaj uređaj. Kao što svi znate, već postoji mnogo uređaja za napajanje koji koriste površinski nosač. Ali ti oblici pakiranja uglavnom slijede originalno pakiranje integriranih krugova. Stoga, iz perspektive odvođenja toplote, nije nužno najprikladniji za uređaje za napajanje. DirectFET je prvi put da je dvostrano odvođenje toplote uređaja za napajanje uvedeno u uređaje za površinsko montiranje. Veličina DirectFET-a ekvivalentna je kućištu SO-8, ali otpor samog kućišta je samo 0,1 miliom, dok je SO-8 1,5 milioma. Zbog toga se gustina struje uređaja udvostručuje, a površina pločice smanjuje se za 50% u odnosu na originalno SO-8 kućište. Sinhroni dovodni pretvarač sastavljen od para DirectFET-ova (kontrolni FET i sinhroni FET) može pružiti 30 ampera struje na 1,3 volta. Dobijeni sistem napajanja zadovoljava zahtjeve upravljanja energijom najnovijeg Intelovog 64-bitnog procesora Itanium2. Pogledajte sliku 1 za izgled DirectFET-a. Na slici su prikazane dvije strane uređaja, s jedne se mogu vidjeti kapija i dva izvodna dijela, a oni će biti izravno zalemljeni na pločici. Druga strana je bakarni poklopac, koji je odvod, a druga strana koja može odvoditi toplotu. Slika 2 prikazuje pogled na presjek DirectFET-a, tako da možete jasnije razumjeti njegovu strukturu. Za one koji su navikli na uređaje velike snage, osjećat će se vrlo novo: DirectFET je veličine samo 5x6,35x0,7 mm. Ovaj uređaj će se koristiti u vrhunskim prenosnim računarima, modulima modulacije napona servera, radnih stanica i hostova, te naprednim sistemima komunikacije i podataka. Na kraju ovog članka želio bih ukratko predstaviti kombinaciju IC i uređaja napajanja u modulima napajanja. Može se reći da je ovo kombinacija mikroelektronike i energetske elektronike za veću snagu. Svima je poznat IPM, IGBT modul s inteligencijom koji se obično koristi u klima uređajima. To je ustvari IGBT modul sa upravljačkom karticom. Trenutno ažurirani moduli nastaju jedan za drugim, formirajući veliku porodicu prema različitim potrebama. Na primjer, PI-IPM se odnosi na programabilni i izolirani IPM. DSP se koristi u ovom modulu, a softver se može pisati. U budućnosti ću dati poseban uvod ovoj velikoj porodici.