Силовая электроника и управление питанием

Силовая электроника образовалась в 1970-х годах. До этого люди называли это технологией переменного тока или технологией преобразования энергии. Он разработан на основе ректификационной технологии 1940-х и 1950-х годов. В начале этой отрасли есть Xi' Исследовательский институт выпрямителей, основные заводы по выпуску выпрямителей по всей стране, International Rectifier Company в США и так далее. Предшественник Xi&# 39, Исследовательский институт выпрямителей, Лаборатория полупроводников Исследовательского института электрического оборудования Министерства машиностроения - первое подразделение, занимающееся силовыми полупроводниками в Китае. International Rectifier Company, основанная в 1947 году, также считается первой полупроводниковой компанией в Соединенных Штатах. Когда тиристоры превращаются в большое семейство, когда постепенно развиваются некоторые устройства с коротким временем отключения или легко отключаемыми, применение инвертора постепенно становится доминирующим. В это время академическое сообщество предложило создать новую дисциплину для классификации этого развития. Итак, есть силовая электроника относительно информационной электроники. Первый имеет дело с информацией, а второй - с властью. В этот предмет также были включены новые теории автоматического управления и новые электронные технологии. В то время прикладное направление было сосредоточено на промышленных приложениях, транспортных средствах и силовых системах, поэтому людей больше всего беспокоит развитие высокомощного направления. Например, хотя двунаправленные тиристоры широко использовались в бытовой технике, Китай все же остановил разработку двунаправленных тиристоров в направлении промышленного применения в 1970-х годах. После этого он не превратился в двунаправленный тиристор для бытовой техники. Что касается мощных полупроводников, разрыв между Китаем и зарубежными странами не очень велик. Из-за огромных потребностей Китая в инфраструктуре, по сравнению с зарубежными странами, на данном этапе мощные полупроводниковые устройства находят большее применение. В последние годы было реализовано несколько крупных проектов, что еще больше сократило разрыв с зарубежными странами. Это аспект развития силовой электроники. Это также может быть важным аспектом, которому общество силовой электроники моей страны всегда придавало большое значение. После появления устройств типа MOS в начале 1980-х, после более чем десяти лет разработки, силовая электроника охватила больше других областей, таких как промышленность 4C (связь, компьютеры, бытовые электроприборы, автомобили). В настоящее время при развитии технологий меньше внимания уделяется размеру мощности, но основное внимание уделяется обеспечению этих отраслей более эффективными, небольшими и легкими источниками энергии. Если мы говорим, что силовая электроника большой мощности делает упор на исполнительную систему, то силовая электроника малой мощности делает упор на источник питания. Если сравнить микроэлектронику с мозгом, большая силовая электроника подчеркивает роль рук и ног, а малая силовая электроника подчеркивает роль сердца. Общество электроснабжения нашей страны, естественно, будет уделять больше внимания роли последнего. Но оба относятся к силовой электронике. Я считаю, что оба общества будут интересоваться развитием силовой электроники в двух аспектах. Таким образом, двадцатилетняя разработка различных тиристоров заложила прочную основу для развития силовой электроники в промышленности, приводных и силовых системах. Таким образом формируется силовая электроника. После этого различные устройства типа MOS пережили два десятилетия разработки, что также заложило прочную основу для развития индустрии 4C. Сделайте технологию силовой электроники большим шагом вперед. В настоящее время, в связи с дальнейшей интеграцией микроэлектроники и силовой электроники, силовые полупроводниковые устройства делают третий шаг, который может проявляться в следующих трех аспектах: 1) Производство микросхем новых силовых полупроводниковых устройств все чаще использует микросхемы интегральных схем. Другими словами, технологии, силовые полупроводниковые устройства перенимают субмикронные технологии и развиваются в направлении глубоко субмикронных. Представление о том, что силовые полупроводниковые устройства являются лишь технологией низкого уровня, необходимо изменить. Конечно, при производстве силовых полупроводниковых устройств не использовались самые передовые технологические процессы года, но эти различия позволили использовать более дешевое оборудование, тем самым снизив производственные затраты, что очень важно для разработки силовых полупроводниковых устройств. 2) Не только технология микросхем, но и технология упаковки силовых полупроводниковых устройств приближается к интегральным схемам. В последние несколько лет горячими точками для корпусов интегральных схем было использование технологий BGA (Ball Grid Array) и MCM (Multi-Chip Module), которые постепенно стали методами упаковки, принятыми в новых силовых полупроводниковых устройствах. Например, IR&№39; FlipFET и iPOWIR используют технологию BGA, а iPOWIR также является наиболее типичной технологией MCM. Конечно, силовые полупроводниковые устройства предъявляют более высокие требования к рассеиванию тепла, чем интегральные схемы. Двухстороннее рассеивание тепла, обычное для тиристорных корпусов в прошлом, теперь впервые используется в MOS-устройствах. DirectFET - пример этого. Что касается DirectFET, эта статья даст краткое введение в него. 3) Новой тенденцией является то, что силовые полупроводниковые устройства и интегральные схемы часто объединяются в одном кристалле или в одном корпусе. Другими словами, более функциональная часть управления и часть питания или схема защиты объединены в одном устройстве. В прошлом силовые интегральные схемы, к которым люди относятся, в основном относились к схемам возбуждения высокого напряжения, то есть интегральным схемам, используемым для управления полевыми МОП-транзисторами или IGBT более высокого напряжения. Однако в настоящее время создан класс интегральных схем и связанных с ними силовых устройств, называемый управлением питанием. Напряжение может быть невысоким, но функция управления значительно улучшена. Наиболее типичными являются некоторые устройства в приложениях DC-DC. Таким образом, концепция, согласно которой устройства питания относятся только к дискретным устройствам, претерпела фундаментальные изменения. Например, усовершенствованные устройства, связанные с ИС, или со специальными функциями, производимые ИК, превзошли обычные дискретные устройства и продолжают развиваться в направлении производства систем &." Говорят, что производство передовых устройств, таких как системы и микросхемы, станет основой будущего. В процессе такого развития термин «управление питанием» становится все более распространенным. Формулировка управления питанием за рубежом стала довольно популярной, особенно в отрасли силовой электроники, связанной с отраслью 4C. Частота его появления даже выше, чем у оригинальной силовой электроники. Некоторые зарубежные производители часто называют себя экспертами в области энергоменеджмента. Фактически, здесь нет противоречия, потому что управление питанием - это всего лишь новая формулировка в определенных областях на текущем этапе развития силовой электроники. По сравнению с силовой электроникой, управление питанием делает упор на управление." Подчеркивает функцию управления этим аспектом. Слово Power может означать мощность, электричество или мощность. Управление также можно понимать как управление или обработку. Таким образом, существует множество видов переводов на китайский язык. Однако четыре китайских иероглифа для управления питанием появлялись в Китае много раз, что может добавить некоторых проблем к стандартному языку. Однако многие иностранные термины имеют свой собственный процесс развития, и часто появляется много новых терминов. Мы должны иметь более глубокое понимание появления этих новых терминов с технической точки зрения. Преобразование мощности (Power Conversion) когда-то было почти синонимом силовой электроники. Один иностранный журнал однажды изменил название Power Electronics на Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Но преобразование мощности не может' все включать управление питанием в силовой электронике. Например, регулировка коэффициента мощности * и регулятор с малым падением напряжения (LDO) и т. Д. LDO широко используется в компьютерных источниках питания в качестве небольшого диапазона регулировки и стабилизации напряжения. Это ИС, которая также включает в себя силовые устройства. Например, в блоке питания AC-DC может быть устройство питания с ШИМ и включением при нулевом напряжении, которое также является ИС. Это называется интегрированным переключателем в ИК-диапазоне. Это типичные примеры комбинации ИС и силовых устройств. Этой весной на первом отчетном собрании и выставке PCIM&# 39, состоявшихся в Китае, я однажды представил отчет о DirectFET от имени своего коллеги из IR. Это новая горячая точка для IR. Я хотел бы здесь кратко рассказать об этом устройстве. Как вы все знаете, уже существует множество устройств питания, использующих поверхностный монтаж. Но эти формы упаковки обычно соответствуют оригинальной упаковке интегральных схем. Следовательно, с точки зрения рассеивания тепла, он не обязательно является наиболее подходящим для силовых устройств. DirectFET - это первый случай, когда двухсторонний отвод тепла силовых устройств был реализован в устройствах для поверхностного монтажа. Размер DirectFET эквивалентен корпусу SO-8, но сопротивление самого корпуса составляет всего 0,1 миллиом, а у SO-8 - 1,5 миллиом. Таким образом, плотность тока устройства увеличена вдвое, а площадь печатной платы уменьшена на 50% по сравнению с оригинальным корпусом SO-8. Синхронный понижающий преобразователь, состоящий из пары DirectFET (управляющий полевой транзистор и синхронный полевой транзистор), может обеспечивать ток 30 ампер при 1,3 вольт. Полученная система питания соответствует требованиям к управлению питанием новейшего 64-разрядного процессора Intel Itanium2. Внешний вид DirectFET показан на рисунке 1. На рисунке показаны две стороны устройства, одна сторона может видеть затвор и две части вывода истока, они будут непосредственно припаяны на печатной плате. Другая сторона - это медная крышка, которая является сливом, а другая сторона может рассеивать тепло. На рисунке 2 показано поперечное сечение DirectFET, чтобы вы могли более четко понять его структуру. Для тех, кто привык к мощным устройствам, он будет совершенно новым: размер DirectFET составляет всего 5x6,35x0,7 мм. Это устройство будет использоваться в портативных компьютерах высокого класса, модулях модуляции напряжения серверов, рабочих станций и хостов, а также в современных системах связи и данных. Я хотел бы вкратце представить комбинацию ИС и силовых устройств в силовых модулях в конце этой статьи. Можно сказать, что это сочетание микроэлектроники и силовой электроники для большей мощности. Все знакомы с IPM, интеллектуальным модулем IGBT, обычно используемым в кондиционерах. На самом деле это модуль IGBT с драйвером IC. В настоящее время обновленные модули появляются один за другим, образуя большое семейство в соответствии с различными потребностями. Например, PI-IPM относится к программируемым и изолированным IPM. В этом модуле используется DSP, и можно писать программное обеспечение. В будущем я специально расскажу об этой большой семье.