Electronică de putere și managementul puterii

Electronica de putere a fost formată în anii 1970. Înainte de aceasta, oamenii o numeau tehnologie de curent variabil sau tehnologie de conversie a puterii. Este dezvoltat din tehnologia de rectificare din anii 1940 și 1950. La începutul acestei industrii, există Xi' un Rectifier Research Institute, mari fabrici de redresoare din toată țara, International Rectifier Company din Statele Unite și așa mai departe. Predecesorul Xi' un Institut de Cercetare a Rectificatorilor, Laboratorul de Cercetare a Semiconductoarelor al Institutului de Cercetare a Echipamentelor Electrice din Ministerul Mașinilor este cea mai veche unitate angajată în semiconductori de putere din China. Compania internațională de redresare, înființată în 1947, este, de asemenea, considerată a fi prima companie de semiconductori din Statele Unite. Când tiristorul se dezvoltă într-o familie numeroasă, când unele dispozitive cu timp de oprire scurt sau ușor de oprit sunt dezvoltate treptat, aplicația invertorului crește treptat la aplicația dominantă. În acest moment, comunitatea academică a propus să existe o nouă disciplină care să clasifice această dezvoltare. Deci, există electronică de putere în raport cu electronica informațională. Primul se ocupă de informații, iar cel de-al doilea se ocupă de putere. În acest subiect au fost introduse mai multe teorii de control automat și noi tehnologii electronice. La acea vreme, direcția aplicației se concentra asupra aplicațiilor industriale, a tracțiunii vehiculelor și a sistemelor de alimentare, astfel încât oamenii sunt cei mai preocupați de dezvoltarea direcției de mare putere. De exemplu, deși tiristoarele bidirecționale au fost utilizate pe scară largă în aparatele de uz casnic, China încă a blocat dezvoltarea tiristoarelor bidirecționale în direcția aplicațiilor industriale în anii 1970. După aceea, nu s-a transformat într-un tiristor bidirecțional pentru aparatele de uz casnic. În ceea ce privește semiconductorii de mare putere, decalajul dintre China și țările străine nu a fost foarte mare. Datorită nevoilor masive de infrastructură ale Chinei &, în comparație cu țările străine, dispozitivele semiconductoare de mare putere au mai multe utilizări în această etapă. În ultimii ani, au fost introduse unele proiecte majore, ceea ce a redus și mai mult decalajul cu țările străine. Acesta este un aspect al dezvoltării electronicii de putere. Poate fi, de asemenea, un aspect major căruia țara mea Societatea de electronică a puterii i-a acordat întotdeauna importanță. După creșterea dispozitivelor de tip MOS la începutul anilor 1980, după mai bine de zece ani de dezvoltare, electronica de putere a acoperit mai multe alte domenii, precum industria 4C (comunicații, calculatoare, aparate electrice de consum, mașini auto). În acest moment, avansarea tehnologiei sale subliniază mai puțin dimensiunea puterii, dar se concentrează pe furnizarea acestor industrii cu surse de energie mai eficiente, mai mici și mai ușoare. Dacă spunem că electronica de putere mare pune accentul pe sistemul de execuție, electronica de putere redusă pune accentul pe sursa de alimentare. Dacă microelectronica este asemănată cu creierul, electronica mare de putere subliniază rolul mâinilor și picioarelor, în timp ce electronica mică de putere subliniază rolul inimii. Societatea de alimentare cu energie a țării noastre va acorda în mod firesc o atenție mai mare rolului acesteia din urmă. Dar ambele aparțin electronicii de putere. Cred că ambelor societăți le va pasa de dezvoltarea electronicii de putere în două aspecte. Pe scurt, este dezvoltarea de douăzeci de ani a diferitelor tiristoare, care a pus o bază solidă pentru dezvoltarea electronicii de putere în industrie, conducere și sisteme de putere. Se formează astfel electronica de putere. După aceea, diferite dispozitive de tip MOS au cunoscut două decenii de dezvoltare, ceea ce a pus, de asemenea, o bază solidă pentru dezvoltarea industriei 4C. Faceți din tehnologia electronică de putere un mare pas înainte. În prezent, datorită integrării ulterioare a microelectronicii și a electronicii de putere, dispozitivele semiconductoare de putere fac al treilea pas, care se poate manifesta în următoarele trei aspecte: 1) Fabricarea cipurilor de dispozitive semiconductoare noi de putere utilizează din ce în ce mai multe circuite integrate. Tehnologia, cu alte cuvinte, dispozitivele semiconductoare de putere adoptă tehnologia sub-micron și se dezvoltă în direcția sub-micron adânc. Conceptul conform căruia dispozitivele semiconductoare de putere sunt doar o tehnologie de nivel scăzut ar trebui acum modificat. Desigur, fabricarea dispozitivelor semiconductoare de putere nu a folosit cea mai avansată tehnologie de procesare IC a anului, dar aceste diferențe au făcut posibilă utilizarea echipamentelor mai ieftine, reducând astfel costurile de fabricație, ceea ce este foarte important pentru dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare de putere. 2) Nu numai tehnologia cipurilor, ci și tehnologia de ambalare a dispozitivelor semiconductoare de putere se apropie de circuitele integrate. În ultimii ani, punctele fierbinți pentru ambalarea circuitelor integrate au fost utilizarea tehnologiilor BGA (Ball Grid Array) și MCM (Multi-Chip Module), care au devenit treptat metodele de ambalare adoptate de noile dispozitive semiconductoare de putere. De exemplu, IR' s FlipFET și iPOWIR folosesc ambele tehnologia BGA, iar iPOWIR este, de asemenea, cea mai tipică tehnologie MCM. Desigur, dispozitivele semiconductoare de putere au cerințe mai mari pentru disiparea căldurii decât circuitele integrate. Disiparea căldurii pe două fețe, obișnuită în trecut în ambalajul tiristorului, este acum utilizată pentru prima dată pe dispozitivele MOS, iar DirectFET este un exemplu. În ceea ce privește DirectFET, acest articol va oferi o scurtă introducere a acestuia. 3) O nouă tendință este că dispozitivele semiconductoare de putere și circuitele integrate sunt adesea combinate în același cip sau în același pachet. Cu alte cuvinte, partea de control mai funcțională și partea de putere sau circuitul de protecție sunt combinate într-un singur dispozitiv. În trecut, circuitele integrate de putere la care se referă oamenii se referă în principal la circuite de acționare de înaltă tensiune, adică circuite integrate utilizate pentru a conduce MOSFET-uri sau IGBT-uri de înaltă tensiune. Cu toate acestea, în prezent au fost produse o clasă de circuite integrate și dispozitive de alimentare conexe numite management de energie. Este posibil ca tensiunea să nu fie mare, dar funcția de control este mult îmbunătățită. Cele mai tipice sunt unele dispozitive din aplicațiile DC-DC. Prin urmare, conceptul că dispozitivele de alimentare se referă doar la dispozitive discrete a suferit o schimbare fundamentală. De exemplu, dispozitivele avansate legate de IC sau cu funcții speciale produse de IR au depășit dispozitivele discrete convenționale și se dezvoltă în continuare în direcția de producție a sistemelor &." Se spune că producția de dispozitive avansate precum sisteme și circuite integrate va deveni pilonul în viitor. Într-un astfel de proces de dezvoltare, termenul de gestionare a energiei a devenit din ce în ce mai comun. Formularea gestionării puterii în străinătate a devenit destul de populară, în special în industria electronică de putere legată de industria 4C. Frecvența apariției sale este chiar mai mare decât cea a electronicii originale de putere. Unii producători străini se numesc adesea experți în managementul energiei electrice. De fapt, nu există nicio contradicție în acest sens, deoarece gestionarea puterii este doar o formulare nouă în anumite domenii în etapa actuală a dezvoltării electronicii de putere. Comparativ cu electronica de putere, managementul puterii pune accentul pe" management." Subliniază funcția de a controla acest aspect. Cuvântul Putere poate însemna putere, electricitate sau putere. Managementul poate fi de asemenea înțeles ca management sau procesare. Prin urmare, pot exista multe tipuri de traduceri în chineză. Cu toate acestea, cele patru caractere chineze pentru gestionarea energiei au apărut în China de mai multe ori, ceea ce poate adăuga unele probleme la limba standard. Cu toate acestea, mulți termeni străini au propriul proces de dezvoltare și adesea apar mulți termeni noi. Ar trebui să avem o înțelegere mai profundă a apariției acestor noi termeni dintr-o perspectivă tehnică. Conversia puterii (Power Conversion) a fost aproape sinonimă cu electronica de putere. O revistă străină a schimbat odată titlul de Electronică de putere în Conversie de putere și mișcare inteligentă (PCIM). Dar conversia puterii nu poate include&# 39 toate gestionarea puterii în electronica de putere. Cum ar fi ajustarea factorului de putere * și regulatorul de scădere redusă (LDO) și așa mai departe. LDO este utilizat pe scară largă în sursa de alimentare a computerului ca reglare și stabilizare a tensiunii cu un interval mic. Este un IC și include și dispozitive de alimentare. De exemplu, într-o sursă de alimentare AC-DC, poate exista un dispozitiv de alimentare cu PWM și pornire cu tensiune zero, care este, de asemenea, un CI. Se numește Switch integrat în IR. Acestea sunt exemple tipice de combinație a dispozitivelor IC și de alimentare. În această primăvară, la prima întâlnire și expoziție de raport PCIM&# 39, desfășurată în China, am prezentat odată un raport despre DirectFET în numele unui coleg IR. Acesta este un nou punct fierbinte pentru IR. Aș dori să fac o scurtă introducere a acestui dispozitiv aici. După cum știți cu toții, există deja multe dispozitive de alimentare care utilizează montarea pe suprafață. Dar aceste forme de ambalare urmează în general ambalajul original al circuitelor integrate. Prin urmare, din perspectiva disipării căldurii, nu este neapărat cel mai potrivit pentru dispozitivele de alimentare. DirectFET este prima dată când disiparea căldurii pe două fețe a dispozitivelor de alimentare a fost introdusă în dispozitivele de montare la suprafață. Dimensiunea DirectFET este echivalentă cu carcasa SO-8, dar rezistența carcasei în sine este de numai 0,1 miliohmi, în timp ce SO-8 este de 1,5 miliohmi. Prin urmare, densitatea de curent a dispozitivului este dublată, iar aria plăcii de circuite este redusă cu 50% în comparație cu carcasa originală SO-8. Un convertor Buck sincron compus dintr-o pereche de DirectFET (control FET și FET sincron) poate furniza 30 amperi de curent la 1,3 volți. Sistemul de alimentare rezultat îndeplinește cerințele de gestionare a energiei celui mai recent procesor Intel pe 64 de biți Itanium2. Consultați Figura 1 pentru apariția DirectFET. Figura arată cele două laturi ale dispozitivului, o parte poate vedea o poartă și două piese de sursă, acestea vor fi lipite direct pe placa de circuit. Cealaltă parte este un capac de cupru, care este canalul de scurgere și cealaltă parte care poate disipa căldura. Figura 2 prezintă o vedere în secțiune transversală a DirectFET, astfel încât să puteți înțelege structura acestuia mai clar. Pentru cei obișnuiți cu dispozitive de mare putere, se va simți foarte nou: DirectFET are o dimensiune de doar 5x6.35x0.7mm. Acest dispozitiv va fi utilizat în computerele portabile de ultimă generație, modulele de modulare a tensiunii de servere, stații de lucru și gazde, precum și sisteme avansate de comunicații și date. Aș dori să introduc pe scurt combinația de dispozitive IC și de alimentare în modulele de alimentare la sfârșitul acestui articol. Se poate spune că aceasta este o combinație de microelectronică și electronică de putere pentru o putere mai mare. Toată lumea este familiarizată cu IPM, modulul IGBT cu inteligență utilizat în mod obișnuit în aparatele de aer condiționat. Este de fapt un modul IGBT cu un driver IC. Modulele actualizate în prezent apar unul după altul, formând o familie numeroasă în funcție de diferite nevoi. De exemplu, PI-IPM se referă la IPM programabil și izolat. DSP este utilizat în acest modul, iar software-ul poate fi scris. Voi face o introducere specială acestei mari familii în viitor.