Power Electronics och Power Management

Kraftelektronik bildades på 1970-talet. Innan detta kallade människor det variabel strömteknologi eller kraftomvandlingsteknik. Den har utvecklats från rättelse-tekniken på 1940- och 1950-talet. Tidigt i denna bransch finns det Xi' ett Rectifier Research Institute, stora likriktarfabriker över hela landet, International Rectifier Company i USA och så vidare. Föregångaren till Xi' ett likriktarforskningsinstitut, halvledarforskningslaboratoriet vid forskningsinstitutet för elektrisk utrustning vid maskindepartementet är den första enheten som arbetar med krafthalvledare i Kina. International Rectifier Company, grundat 1947, anses också vara det tidigaste halvledarföretaget i USA. När tyristorn utvecklas till en stor familj, när vissa enheter med kort avstängningstid eller lätt att stänga av gradvis utvecklas, växlar inverterapplikationen gradvis till den dominerande applikationen. Vid denna tidpunkt föreslog det akademiska samfundet att det skulle finnas en ny disciplin för att klassificera denna utveckling. Så det finns kraftelektronik i förhållande till informationselektronik. Den förstnämnda handlar om information och den senare handlar om makt. Mer automatisk styrteori och ny elektronisk teknik har också införts i detta ämne. Vid den tiden fokuserade applikationsriktningen på industriella applikationer, fordonssläp och kraftsystem, så människor är mest oroade över utvecklingen av högeffektiv riktning. Till exempel, även om dubbelriktade tyristorer har använts i stor utsträckning i hushållsapparater, låste Kina fortfarande utvecklingen av dubbelriktade tyristorer i riktning mot industriella applikationer på 1970-talet. Därefter utvecklades det inte till en dubbelriktad tyristor för hushållsapparater. När det gäller högeffektiva halvledare har klyftan mellan Kina och utlandet inte varit särskilt stor. På grund av Kinas&# 39: s stora infrastrukturbehov jämfört med utlandet har högeffektiva halvledare fler användningsområden i detta skede. Under de senaste åren har några större projekt införts, vilket ytterligare har förkortat klyftan med utlandet. Detta är en aspekt av utvecklingen av kraftelektronik. Det kan också vara en viktig aspekt som mitt land Power Electronics Society alltid har lagt vikt vid. Efter ökningen av MOS-enheter i början av 1980-talet, efter mer än tio års utveckling, har kraftelektronik täckt fler andra områden, till exempel 4C-industrin (kommunikation, dator, konsumentelektronik, bilbilar). Vid denna tidpunkt understryker utvecklingen av dess teknik mindre storleken på kraften, men fokuserar på att förse dessa industrier med mer effektiva, små och lätta kraftkällor. Om vi ​​säger att högeffektelektronik betonar exekveringssystemet, betonar lågeffektelektronik strömförsörjningen. Om mikroelektronik liknas med hjärnan, betonar den stora kraftelektroniken rollen som händer och fötter, medan den lilla kraftelektroniken betonar hjärtat. Kraftsystemet i vårt land kommer naturligtvis att ägna mer uppmärksamhet åt det senare. Men båda tillhör kraftelektronik. Jag tror att båda samhällena kommer att bry sig om utvecklingen av kraftelektronik i två aspekter. Sammanfattningsvis är det den tjugoåriga utvecklingen av olika tyristorer, som har lagt en solid grund för utvecklingen av kraftelektronik inom industri, körning och kraftsystem. Kraftelektronik bildas således. Därefter har olika MOS-enheter upplevt två decennier av utveckling, vilket också lade en solid grund för utvecklingen av 4C-industrin. Gör kraftelektronik till ett stort steg framåt. För närvarande, på grund av den ytterligare integrationen av mikroelektronik och kraftelektronik, tar kraftledare halvledare det tredje steget, vilket kan manifesteras i följande tre aspekter: 1) Chiptillverkningen av nya kraftledare använder alltmer integrerade kretschips. Teknik, med andra ord, kraft halvledaranordningar antar sub-micron-teknik och utvecklas i riktning mot djup sub-micron. Konceptet att halvledaranordningar endast är en lågnivåteknologi bör nu ändras. Naturligtvis använde tillverkningen av halvledaranordningar inte den mest avancerade IC-processtekniken under året, men dessa skillnader gjorde det möjligt att använda billigare utrustning, vilket minskade tillverkningskostnaderna, vilket är mycket viktigt för utvecklingen av halvledaranordningar. 2) Inte bara chipteknik utan också förpackningsteknik för halvledaranordningar närmar sig integrerade kretsar. Under de senaste åren har hotpunkterna för integrerad kretsförpackning varit användning av BGA (Ball Grid Array) och MCM (Multi-Chip Module) -teknik, som gradvis har blivit de förpackningsmetoder som antagits av nya kraftledare. Till exempel använder IR' s FlipFET och iPOWIR båda BGA-teknik, och iPOWIR är också den mest typiska MCM-tekniken. Naturligtvis har halvledaranordningar högre krav på värmeavledning än integrerade kretsar. Den dubbelsidiga värmeavledningen som tidigare varit vanlig i tyristorförpackningar används nu i MOS-enheter för första gången och DirectFET är ett exempel. När det gäller DirectFET kommer den här artikeln att ge en kort introduktion till den. 3) En ny trend är att halvledaranordningar och integrerade kretsar ofta kombineras i samma chip eller samma paket. Med andra ord kombineras den mer funktionella styrdelen och effektdelen eller skyddskretsen i en enhet. Tidigare hänvisar de kraftintegrerade kretsarna som folk hänvisar till huvudsakligen till högspänningsdrivkretsar, det vill säga integrerade kretsar som används för att driva MOSFET eller IGBT med högre spänning. För närvarande har emellertid en klass av integrerade kretsar och relaterade kraftenheter som kallas energihantering producerats. Spänningen kanske inte är hög, men kontrollfunktionen förbättras kraftigt. Det mest typiska är vissa enheter i DC-DC-applikationer. Därför har konceptet att kraftenheter endast hänvisar till diskreta enheter genomgått en grundläggande förändring. Exempelvis har avancerade anordningar relaterade till IC eller med specialfunktioner som produceras av IR överträffat konventionella diskreta anordningar och utvecklas vidare i produktionsriktningen&-system." Det sägs att produktionen av avancerade enheter som system och IC kommer att bli grundpelaren i framtiden. I en sådan utvecklingsprocess har termen Power Management blivit allt vanligare. Formuleringen av energihantering utomlands har blivit ganska populär, särskilt inom kraftelektronikindustrin relaterad till 4C-industrin. Frekvensen för dess utseende är ännu högre än för den ursprungliga kraftelektroniken. Vissa utländska tillverkare kallar sig ofta experter på energihantering. I själva verket finns det ingen motsägelse i detta avseende, eftersom energihantering bara är en ny formulering inom vissa områden i det nuvarande stadiet av kraftelektronikutveckling. Jämfört med kraftelektronik betonar energihantering&-hantering." Betonar funktionen att kontrollera denna aspekt. Ordet kraft kan betyda kraft, el eller kraft. Hantering kan också förstås som hantering eller bearbetning. Därför kan det finnas många sorters kinesiska översättningar. De fyra kinesiska tecknen för energihantering har dock dykt upp i Kina många gånger, vilket kan ge vissa problem till standardspråket. Men många utländska termer har sin egen utvecklingsprocess, och många nya termer dyker ofta upp. Vi bör ha en djupare förståelse för framväxten av dessa nya termer ur ett tekniskt perspektiv. Power Conversion (Power Conversion) brukade vara nästan synonymt med kraftelektronik. En utländsk tidskrift ändrade en gång titeln Power Electronics till Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Men kraftomvandling kan&# 39 inte inkludera strömhantering inom kraftelektronik. Såsom effektfaktorjustering * och LDO (low dropout regulator) och så vidare. LDO används ofta i datorns strömförsörjning som spänningsjustering och stabilisering i ett litet intervall. Det är en IC och inkluderar också kraftenheter. Till exempel, i en AC-DC-strömförsörjning kan det finnas en kraftenhet med PWM och nollspänningsstart, vilket också är en IC. Det kallas Integrated Switch i IR. Dessa är typiska exempel på kombinationen av IC och kraftenheter. I vår, vid PCIM&# 39: s första rapportmöte och utställning i Kina, presenterade jag en gång en rapport om DirectFET på uppdrag av en IR-kollega. Detta är en ny hot spot för IR. Jag skulle vilja ge en kort introduktion till den här enheten här. Som ni alla vet finns det redan många kraftenheter som använder ytmontering. Men dessa förpackningsformulär följer vanligtvis originalförpackningen för integrerade kretsar. Ur värmeavledningens perspektiv är det därför inte nödvändigtvis det mest lämpliga för kraftenheter. DirectFET är första gången som den dubbelsidiga värmeavledningen av kraftenheter introduceras i ytmonterade enheter. Storleken på DirectFET motsvarar SO-8-fallet, men motståndet i själva fodralet är bara 0,1 milliohm, medan SO-8 är 1,5 milliohm. Därför fördubblas enhetens strömtäthet och kretskortsytan minskas med 50% jämfört med det ursprungliga SO-8-huset. En synkron buck-omvandlare som består av ett par DirectFET (styr FET och synkron FET) kan ge 30 ampere ström vid 1,3 volt. Det resulterande kraftsystemet uppfyller energihanteringskraven för Intels senaste 64-bitars processor Itanium2. Se figur 1 för utseendet på DirectFET. Figuren visar enhetens två sidor, den ena sidan kan se en grind och två utgående delar, de kommer att lödas direkt på kretskortet. Den andra sidan är ett kopparkåpa, vilket är avloppet och den andra sidan som kan sprida värme. Figur 2 visar en tvärsnittsvy av DirectFET så att du kan förstå dess struktur tydligare. För de som är vana vid kraftfulla enheter kommer det att kännas väldigt nytt: DirectFET är bara 5x6,35x0,7 mm i storlek. Enheten kommer att användas i avancerade bärbara datorer, spänningsmoduleringsmoduler på servrar, arbetsstationer och värdar och avancerade kommunikations- och datasystem. Jag vill kort introducera kombinationen av IC och kraftenheter i kraftmoduler i slutet av den här artikeln. Man kan säga att detta är en kombination av mikroelektronik och kraftelektronik för högre effekt. Alla känner till IPM, IGBT-modulen med intelligens som ofta används i luftkonditioneringsapparater. Det är faktiskt en IGBT-modul med en drivrutins-IC. För närvarande uppdaterade moduler dyker upp en efter en och bildar en stor familj efter olika behov. Till exempel hänvisar PI-IPM till programmerbar och isolerad IPM. DSP används i den här modulen och programvara kan skrivas. Jag kommer att ge en speciell introduktion till den här stora familjen i framtiden.