Energetska elektronika i upravljanje energijom

Energetska elektronika nastala je 1970 -ih. Prije toga, ljudi su to nazivali promjenjiva trenutna tehnologija ili tehnologija pretvaranja energije. Razvijen je iz tehnologije ispravljanja 1940 -ih i 1950 -ih. Rano u ovoj industriji postoje Xi' Istraživački institut za ispravljače, velike tvornice ispravljača u cijeloj zemlji, International Rectifier Company u Sjedinjenim Državama itd. Prethodnik Xi' Istraživačkog instituta za ispravljače, Istraživački laboratorij za poluvodiče Instituta za istraživanje električne opreme Ministarstva strojeva najranija je jedinica koja se bavi energetskim poluvodičima u Kini. International Rectifier Company, osnovana 1947., također se smatra najranijom poluvodičkom tvrtkom u Sjedinjenim Državama. Kad se tiristor razvije u veliku obitelj, kada se postupno razvijaju neki uređaji s kratkim vremenom isključivanja ili jednostavnim isključivanjem, aplikacija pretvarača postupno se uzdiže do dominantne primjene. U to je vrijeme akademska zajednica predložila da bi trebala postojati nova disciplina za klasifikaciju ovog razvoja. Dakle, postoji energetska elektronika u odnosu na informacijsku elektroniku. Prvi se bavi informacijama, a drugi moći. Više teorije automatskog upravljanja i nove elektroničke tehnologije također su uvedene u ovu temu. U to vrijeme smjer primjene bio je usmjeren na industrijske primjene, sustave vuče vozila i napajanje, pa su ljudi najviše zabrinuti zbog razvoja smjera velikih snaga. Na primjer, iako su dvosmjerni tiristori naširoko korišteni u kućanskim aparatima, Kina je 1970 -ih još uvijek blokirala razvoj dvosmjernih tiristora u smjeru industrijske primjene. Nakon toga nije se razvio u dvosmjerni tiristor za kućanske aparate. Što se tiče poluvodiča velike snage, jaz između Kine i stranih zemalja nije bio velik. Zbog velikih potreba Kine&za infrastrukturom, u usporedbi sa stranim zemljama, poluvodički uređaji velike snage u ovoj fazi imaju veću primjenu. Posljednjih godina uvedeni su neki veliki projekti, što je dodatno smanjilo jaz s inozemstvom. Ovo je aspekt razvoja energetske elektronike. To bi također mogao biti glavni aspekt kojem je društvo za elektronsku elektroniku uvijek pridavalo važnost. Nakon uspona uređaja tipa MOS početkom 1980-ih, nakon više od deset godina razvoja, energetska elektronika pokrila je više drugih područja, poput industrije 4C (komunikacija, računalo, potrošački električni aparati, automobili za automobile). U ovom trenutku, napredak njegove tehnologije manje naglašava veličinu energije, već se usredotočuje na pružanje tim industrijama učinkovitijih, malih i lakih izvora energije. Ako kažemo da elektronika velike snage naglašava izvršni sustav, elektronika male snage naglašava napajanje. Ako se mikroelektronika usporedi s mozgom, velika elektronika naglašava ulogu ruku i nogu, dok elektronika male snage naglašava ulogu srca. Društvo za opskrbu električnom energijom naše zemlje prirodno će posvetiti veću pozornost ulozi potonjeg. No oboje pripadaju energetskoj elektronici. Vjerujem da će se 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, vožnji i energetskim sustavima. Tako nastaje energetska elektronika. Nakon toga, različiti uređaji tipa MOS doživjeli su dva desetljeća razvoja, što je također postavilo čvrste temelje za razvoj 4C industrije. Neka tehnologija energetske elektronike učini veliki korak naprijed. Trenutno, zbog daljnje integracije mikroelektronike i energetske elektronike, energetski poluvodički uređaji poduzimaju treći korak, koji se može očitovati u sljedeća tri aspekta: 1) Proizvodnja čipova novih energetskih poluvodičkih uređaja sve više koristi čipove s integriranim krugovima. Tehnologija, drugim riječima, energetski poluvodički uređaji usvajaju submikronsku tehnologiju i razvijaju se u smjeru dubokih submikrona. Sada bi trebalo promijeniti koncept da su energetski poluvodički uređaji samo tehnologija niske razine. Naravno, u proizvodnji energetskih poluvodičkih uređaja nisu korištene najnaprednije IC procesne tehnologije godine, ali su te razlike omogućile korištenje jeftinije opreme, čime su se smanjili troškovi proizvodnje, što je vrlo važno za razvoj energetskih poluvodičkih uređaja. 2) Ne samo tehnologija čipova, već se i tehnologija pakiranja poluvodičkih uređaja za napajanje približava integriranim krugovima. U posljednjih nekoliko godina vruća mjesta za pakiranje integriranih krugova bila su upotreba tehnologija BGA (Ball Grid Array) i MCM (Multi-Chip Module), koje su postupno postale metode pakiranja koje su usvojili novi energetski poluvodički uređaji. Na primjer, IR' s FlipFET i iPOWIR koriste BGA tehnologiju, a iPOWIR je također najtipičnija MCM tehnologija. Naravno, energetski poluvodički uređaji imaju veće zahtjeve za odvođenje topline od integriranih krugova. Dvostrano odvođenje topline uobičajeno u tiristorskoj ambalaži u prošlosti sada se prvi put koristi u MOS uređajima. DirectFET je primjer toga. Što se tiče DirectFET -a, ovaj će ga članak ukratko upoznati. 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 dio napajanja ili zaštitni krug kombinirani su u jednom uređaju. U prošlosti se energetski integrirani krugovi na koje se ljudi odnose uglavnom odnose na visokonaponske pogonske krugove, odnosno integrirane krugove koji se koriste za pogon visokonaponskih MOSFET-ova ili IGBT-ova. Međutim, trenutno je proizvedena klasa integriranih krugova i srodnih energetskih uređaja koji se nazivaju upravljanje napajanjem. Napon možda nije visok, ali je funkcija upravljanja uvelike poboljšana. Najtipičniji su neki uređaji u DC-DC aplikacijama. Stoga je koncept da se energetski uređaji odnose samo na diskretne uređaje doživio temeljnu promjenu. Na primjer, napredni uređaji povezani s IC -om ili sa posebnim funkcijama koje proizvodi IR nadmašili su konvencionalne diskretne uređaje i dalje se razvijaju u smjeru proizvodnje&sustava." Postoji izreka da će proizvodnja naprednih uređaja, poput sustava i IC -a, postati glavni oslonac u budućnosti. U takvom razvojnom procesu pojam Upravljanje napajanjem postajao je sve češći. Formulacija upravljanja energijom u inozemstvu postala je prilično popularna, posebno u industriji energetske elektronike vezanoj uz industriju 4C. Učestalost njegova pojavljivanja čak je i veća od one izvorne energetske elektronike. Neki strani proizvođači često se nazivaju stručnjacima za upravljanje energijom. Zapravo, nema proturječja u tom pogledu, jer je upravljanje energijom samo nova formulacija u određenim područjima u trenutnoj fazi razvoja energetske elektronike. U usporedbi s energetskom elektronikom, upravljanje napajanjem naglašava&upravljanje." Naglašava funkciju kontrole ovog aspekta. Riječ Snaga može značiti snagu, električnu energiju ili snagu. Upravljanje se također može shvatiti kao upravljanje ili obrada. Stoga postoji mnogo vrsta kineskih prijevoda. Međutim, četiri kineska znaka za upravljanje napajanjem pojavila su se u Kini mnogo puta, što može dodati neke probleme standardnom jeziku. Međutim, mnogi strani izrazi imaju svoj razvojni proces, a često se pojavljuju i mnogi novi izrazi. Morali bismo dublje razumjeti pojavu ovih novih pojmova iz tehničke perspektive. Pretvorba energije (Power Conversion) nekada je bila gotovo sinonim za energetsku elektroniku. Strani časopis jednom je promijenio naslov Power Electronics u Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). No, pretvaranje energije ne može' sve uključivati ​​upravljanje napajanjem u energetskoj elektronici. Kao što su podešavanje faktora snage* i regulator niskog ispadanja (LDO) itd. LDO se naširoko koristi u napajanju računala kao podešavanje i stabilizacija napona malog raspona. To je IC i uključuje i uređaje za napajanje. Na primjer, u AC-DC napajanju može postojati uređaj za napajanje s PWM-om i uključivanjem nultog napona, što je ujedno i IC. Zove se Integrirani prekidač u IC -u. Ovo su tipični primjeri kombinacije IC i energetskih uređaja. Ovog proljeća, na prvom izvještajnom sastanku i izložbi PCIM -a&u Kini, jednom sam predstavio izvješće o DirectFET -u u ime IC kolege. Ovo je nova vruća točka za IR. Ovdje bih želio dati kratak uvod u ovaj uređaj. Kao što svi znate, već postoji mnogo uređaja za napajanje koji koriste površinsko montiranje. No ti oblici pakiranja općenito slijede izvorno pakiranje integriranih krugova. Stoga iz perspektive odvođenja topline nije nužno najprikladniji za energetske uređaje. DirectFET je prvi put da je dvostrano rasipanje topline energetskih uređaja uvedeno u uređaje za površinsku montažu. Veličina DirectFET-a ekvivalentna je kućištu SO-8, ali je otpor samog kućišta samo 0,1 miliohm, dok je SO-8 1,5 miliohma. Stoga se gustoća struje uređaja udvostručuje, a površina ploče smanjuje se za 50% u usporedbi s izvornim kućištem SO-8. Sinhroni pretvarač napona sastavljen od para DirectFET -ova (kontrolni FET i sinkroni FET) može dati 30 ampera struje na 1,3 volti. Rezultirajući sustav napajanja zadovoljava zahtjeve upravljanja energijom najnovijeg 64-bitnog Intelovog procesora Itanium2. Za prikaz DirectFET -a pogledajte sliku 1. Na slici su prikazane dvije strane uređaja, s jedne strane mogu se vidjeti vrata i dva izvorna izlazna dijela, oni će biti izravno lemljeni na pločici. Druga strana je bakreni poklopac, koji je odvod, a druga strana koja može odvoditi toplinu. Slika 2 prikazuje presjek DirectFET-a, tako da možete jasnije razumjeti njegovu strukturu. Za one koji su navikli na uređaje velike snage, osjećat će se kao novo: DirectFET je veličine samo 5x6,35x0,7 mm. Ovaj će se uređaj koristiti u vrhunskim prijenosnim računalima, modulima naponske modulacije poslužitelja, radnim stanicama i domaćinima te naprednim komunikacijskim i podatkovnim sustavima. Želio bih ukratko predstaviti kombinaciju IC i energetskih uređaja u energetskim modulima na kraju ovog članka. 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 zapravo IGBT modul s IC upravljačkim programom. Trenutno ažurirani moduli pojavljuju se jedan za drugim, tvoreći veliku obitelj prema različitim potrebama. Na primjer, PI-IPM se odnosi na programabilni i izolirani IPM. U ovom modulu koristi se DSP, a softver se može pisati. Ovom velikoj obitelji u budućnosti ću dati poseban uvod.