Силова електроника и управление на захранването

Силовата електроника се формира през 70 -те години на миналия век. Преди това хората го наричаха променлива текуща технология или технология за преобразуване на енергия. Той е разработен от технологията за коригиране през 1940 -те и 1950 -те години. В началото на тази индустрия съществуват Xi' Изследователски институт за токоизправители, големи фабрики за токоизправители в цялата страна, Международната компания за токоизправители в САЩ и т.н. Предшественикът на Xi' Изследователски институт за токоизправители, Изследователската лаборатория за полупроводници на Института за изследване на електрическото оборудване на Министерството на машините е най -ранното звено, занимаващо се с енергийни полупроводници в Китай. Международната компания за изправители, създадена през 1947 г., също се счита за най -ранната компания за полупроводници в Съединените щати. Когато тиристорът се развие в голямо семейство, когато някои устройства с кратко време за изключване или лесно изключване се развиват постепенно, приложението на инвертора постепенно се издига до доминиращото приложение. По това време академичната общност предложи да има нова дисциплина, която да класифицира това развитие. Така че има силова електроника по отношение на информационната електроника. Първият се занимава с информация, а вторият се занимава с власт. Повече теория за автоматичното управление и нови електронни технологии също бяха въведени в тази тема. По това време посоката на приложение се фокусира върху индустриални приложения, системи за съпротивление и захранване на превозни средства, така че хората са най-загрижени за развитието на посока с висока мощност. Например, въпреки че двупосочните тиристори са широко използвани в домакинските уреди, Китай все още заключи развитието на двупосочните тиристори в посока на индустриалните приложения през 70 -те години. След това той не се превърна в двупосочен тиристор за домакински уреди. Що се отнася до полупроводниците с висока мощност, разликата между Китай и чужди държави не е много голяма. Поради огромните инфраструктурни нужди на Китай &, в сравнение с чужди страни, полупроводниковите устройства с висока мощност имат повече приложения на този етап. През последните години бяха въведени някои големи проекти, което допълнително съкрати пропастта с чужди държави. Това е аспект от развитието на силовата електроника. Това също може да бъде основен аспект, на който моето родно общество по електроенергия винаги е придавало значение. След възхода на устройствата от типа MOS в началото на 80-те години на миналия век, след повече от десет години развитие, силовата електроника обхваща още други области, като 4C индустрията (комуникация, компютър, потребителски електрически уреди, леки автомобили). Понастоящем напредъкът на технологията по -малко подчертава размера на мощността, но се фокусира върху осигуряването на тези индустрии с по -ефективни, малки и леки източници на енергия. Ако кажем, че мощната електроника подчертава системата за изпълнение, електрониката с ниска мощност набляга на захранването. Ако микроелектрониката се оприличи на мозъка, голямата силова електроника подчертава ролята на ръцете и краката, докато малката силова електроника подчертава ролята на сърцето. Енергийното дружество на страната ни естествено ще обърне повече внимание на ролята на последната. Но и двете принадлежат към силовата електроника. Вярвам, че и двете общества ще се грижат за развитието на силовата електроника в два аспекта. В обобщение, това е двадесетгодишното развитие на различни тиристори, което постави солидна основа за развитието на силовата електроника в промишлеността, шофирането и енергийните системи. Така се формира силова електроника. След това различни устройства от тип MOS са преживели две десетилетия на развитие, което също е поставило солидна основа за развитието на 4C индустрията. Направете технологията на силовата електроника голяма крачка напред. В момента, поради по -нататъшното интегриране на микроелектрониката и силовата електроника, силовите полупроводникови устройства предприемат третата стъпка, която може да се прояви в следните три аспекта: 1) Производството на чипове на нови силови полупроводникови устройства все повече използва чипове с интегрална схема. Технологията, с други думи, силовите полупроводникови устройства възприемат субмикронна технология и се развиват в посока дълбока субмикронна. Концепцията, че захранващите полупроводникови устройства са просто технология на ниско ниво, сега трябва да бъде променена. Разбира се, производството на силови полупроводникови устройства не използва най -модерната технология за IC процеси за годината, но тези различия направиха възможно използването на по -евтино оборудване, като по този начин намалиха производствените разходи, което е много важно за разработването на силови полупроводникови устройства. 2) Не само чип технологията, но и технологията за опаковане на полупроводникови устройства се приближава до интегралните схеми. През последните няколко години горещите точки за опаковане на интегрални схеми бяха използването на технологиите BGA (Ball Grid Array) и MCM (Multi-Chip Module), които постепенно се превърнаха в методите за опаковане, възприети от новите силови полупроводникови устройства. Например IR' s FlipFET и iPOWIR и двете използват BGA технология, а iPOWIR е и най -типичната MCM технология. Разбира се, мощните полупроводникови устройства имат по -високи изисквания за разсейване на топлината от интегралните схеми. Двустранното разсейване на топлина, често срещано в тиристорните опаковки в миналото, сега се използва за първи път в MOS устройства. DirectFET е пример за това. Що се отнася до DirectFET, тази статия ще даде кратко въведение в него. 3) Нова тенденция е, че мощните полупроводникови устройства и интегрални схеми често се комбинират в един и същ чип или един и същ пакет. С други думи, по -функционалната управляваща част и захранващата част или защитната верига са комбинирани в едно устройство. В миналото интегралните схеми за захранване, за които хората се позовават, се отнасят предимно до вериги за задвижване с високо напрежение, тоест интегрални схеми, използвани за задвижване на MOSFET или IGBT с по-високо напрежение. Понастоящем обаче е произведен клас интегрални схеми и свързани устройства за захранване, наречени управление на захранването. Напрежението може да не е високо, но контролната функция е значително подобрена. Най-типичните от тях са някои устройства в DC-DC приложения. Следователно концепцията, че захранващите устройства се отнасят само за дискретни устройства, е претърпяла коренна промяна. Например усъвършенстваните устройства, свързани с IC или със специални функции, произведени от IR, надминаха конвенционалните дискретни устройства и се развиват допълнително в посока на производство на&системи." Има поговорка, че производството на усъвършенствани устройства като системи и интегрални схеми ще се превърне в основата в бъдеще. В такъв процес на развитие терминът Управление на захранването става все по -често срещан. Формулировката за управление на захранването в чужбина стана доста популярна, особено в индустрията на силовата електроника, свързана с индустрията 4C. Честотата на появата му е дори по -висока от тази на оригиналната силова електроника. Някои чуждестранни производители често се наричат ​​експерти по управление на захранването. Всъщност няма противоречие в това отношение, тъй като управлението на захранването е само нова формулировка в определени области в настоящия етап от развитието на силовата електроника. В сравнение със силовата електроника, управлението на захранването подчертава&управлението." Подчертава функцията за контролиране на този аспект. Думата мощност може да означава мощност, електричество или мощност. Управлението може да се разбира и като управление или обработка. Следователно може да има много видове китайски преводи. Четирите китайски знака за управление на захранването обаче се появяват в Китай много пъти, което може да добави известни проблеми към стандартния език. Много чужди термини обаче имат свой собствен процес на разработка и често се появяват много нови термини. Трябва да имаме по -задълбочено разбиране за появата на тези нови термини от техническа гледна точка. Конвертирането на мощност (Power Conversion) е било почти синоним на силова електроника. Чуждо списание веднъж промени заглавието на Power Electronics на Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Но преобразуването на мощността не може' t всички да включват управление на захранването в силовата електроника. Като регулиране на коефициента на мощност* и регулатор на ниско отпадане (LDO) и така нататък. LDO се използва широко в компютърното захранване като регулиране и стабилизиране на напрежението в малък диапазон. Това е интегрална схема и включва също захранващи устройства. Например, в AC-DC захранване може да има захранващо устройство с ШИМ и включване на нулево напрежение, което също е IC. Нарича се Интегриран превключвател в IR. Това са типични примери за комбинацията от IC и захранващи устройства. Тази пролет, на първата среща и изложба на PCIM', проведена в Китай, веднъж представих доклад за DirectFET от името на колега от IR. Това е нова гореща точка за IR. Бих искал да направя кратко представяне на това устройство тук. Както всички знаете, вече има много захранващи устройства, използващи повърхностен монтаж. Но тези опаковъчни форми обикновено следват оригиналната опаковка на интегрални схеми. Следователно, от гледна точка на разсейването на топлината, не е непременно най -подходящото за захранващи устройства. DirectFET е първият път, когато двустранното разсейване на топлината на захранващите устройства е въведено в устройствата за повърхностен монтаж. Размерът на DirectFET е еквивалентен на корпуса SO-8, но съпротивлението на самия корпус е само 0,1 милиома, докато SO-8 е 1,5 милиома. Следователно плътността на тока на устройството се удвоява, а площта на платката се намалява с 50% в сравнение с оригиналния корпус SO-8. Синхронен доларов преобразувател, съставен от двойка DirectFET (контролен FET и синхронен FET), може да осигури 30 ампера ток при 1,3 волта. Получената система за захранване отговаря на изискванията за управление на захранването на най-новия 64-битов процесор на Intel Itanium2. Вижте Фигура 1 за появата на DirectFET. Фигурата показва двете страни на устройството, едната страна може да види порта и две източници, които ще бъдат запоени директно върху платката. Другата страна е меден капак, който е канализацията, а другата страна може да разсейва топлината. Фигура 2 показва напречен разрез на DirectFET, така че да можете да разберете по-ясно неговата структура. За тези, които са свикнали с устройства с висока мощност, той ще се почувства много нов: DirectFET е с размер само 5x6.35x0.7mm. Това устройство ще се използва в преносими компютри от висок клас, модули за модулиране на напрежение на сървъри, работни станции и хостове и усъвършенствани системи за комуникация и данни. Бих искал накратко да представя комбинацията от IC и захранващи устройства в захранващи модули в края на тази статия. Може да се каже, че това е комбинация от микроелектроника и силова електроника за по -голяма мощност. Всеки е запознат с IPM, IGBT модула с интелигентност, който обикновено се използва в климатиците. Всъщност това е IGBT модул с IC драйвер. Понастоящем актуализираните модули се появяват един след друг, образувайки голямо семейство според различните нужди. Например, PI-IPM се отнася до програмируем и изолиран IPM. DSP се използва в този модул и софтуерът може да бъде написан. Ще дам специално представяне на това голямо семейство в бъдеще.