Elektronik Kuasa dan Pengurusan Kuasa

Elektronik kuasa dibentuk pada tahun 1970-an. Sebelum ini, orang menyebutnya teknologi arus berubah, atau teknologi penukaran kuasa. Ia dikembangkan dari teknologi pembetulan pada tahun 1940-an dan 1950-an. Pada awal industri ini, terdapat Xi' sebuah Institut Penyelidikan Rectifier, kilang penyearah utama di seluruh negara, Syarikat Pembekal Antarabangsa di Amerika Syarikat, dan sebagainya. Pendahulu Xi' sebuah Institut Penyelidikan Penyearah, Makmal Penyelidikan Semikonduktor Institut Penyelidikan Peralatan Elektrik Kementerian Mesin adalah unit terawal yang terlibat dalam semikonduktor kuasa di China. International Rectifier Company, yang ditubuhkan pada tahun 1947, juga dianggap sebagai syarikat semikonduktor terawal di Amerika Syarikat. Apabila thyristor berkembang menjadi keluarga besar, apabila beberapa peranti dengan waktu mematikan pendek atau mudah dimatikan secara beransur-ansur dikembangkan, aplikasi penyongsang secara beransur-ansur naik ke aplikasi dominan. Pada masa ini, komuniti akademik mencadangkan agar ada disiplin baru untuk mengklasifikasikan perkembangan ini. Jadi ada elektronik kuasa berbanding elektronik maklumat. Yang pertama berkaitan dengan maklumat dan yang kedua berkaitan dengan kuasa. Lebih banyak teori kawalan automatik dan teknologi elektronik baru juga diperkenalkan ke dalam subjek ini. Pada masa itu, arah aplikasi tertumpu pada aplikasi industri, sistem seret dan daya kenderaan, sehingga orang paling prihatin dengan pengembangan arah daya tinggi. Sebagai contoh, walaupun thyristor dua arah telah digunakan secara meluas dalam peralatan rumah tangga, China masih mengunci pengembangan thyristor dua arah ke arah aplikasi industri pada tahun 1970-an. Selepas itu, ia tidak berkembang menjadi thyristor dua arah untuk perkakas rumah. Dari segi semikonduktor berkuasa tinggi, jurang antara China dan negara asing belum terlalu besar. Kerana keperluan infrastruktur China&yang besar, berbanding dengan negara asing, peranti semikonduktor berkuasa tinggi mempunyai lebih banyak kegunaan pada tahap ini. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa proyek besar telah diperkenalkan, yang semakin mengurangi jarak dengan negara-negara asing. Ini adalah aspek pengembangan elektronik kuasa. Mungkin juga merupakan aspek utama yang selalu diberi perhatian oleh Persatuan Elektronik Power negara saya. Setelah munculnya peranti jenis MOS pada awal 1980-an, setelah lebih dari sepuluh tahun pembangunan, elektronik kuasa telah merangkumi lebih banyak bidang lain, seperti industri 4C (Komunikasi, Komputer, Peralatan elektrik pengguna, Kereta kereta). Pada masa ini, kemajuan teknologinya kurang menekankan ukuran daya, tetapi memberi tumpuan kepada penyediaan industri ini dengan sumber tenaga yang lebih efisien, kecil dan ringan. Sekiranya kita mengatakan bahawa elektronik kuasa tinggi menekankan sistem pelaksanaan, elektronik kuasa rendah menekankan bekalan kuasa. Sekiranya mikroelektronika disamakan dengan otak, elektronik kuasa besar menekankan peranan tangan dan kaki, sementara elektronik kuasa kecil menekankan peranan jantung. Persatuan Bekalan Tenaga negara kita secara semula jadi akan lebih memperhatikan peranan yang terakhir. Tetapi kedua-duanya tergolong dalam elektronik kuasa. Saya percaya bahawa kedua-dua masyarakat akan mengambil berat tentang perkembangan elektronik kuasa dalam dua aspek. Ringkasnya, ini adalah pengembangan dua puluh tahun dari pelbagai thyristor, yang telah meletakkan asas yang kuat untuk pengembangan elektronik tenaga dalam industri, pemanduan, dan sistem kuasa. Elektronik kuasa dengan demikian terbentuk. Selepas itu, pelbagai peranti jenis MOS telah mengalami pengembangan selama dua dekad, yang juga menjadi asas yang kuat untuk pengembangan industri 4C. Jadikan teknologi elektronik kuasa sebagai langkah maju. Pada masa ini, kerana integrasi mikroelektronik dan elektronik kuasa yang lebih jauh, peranti semikonduktor kuasa mengambil langkah ketiga, yang dapat ditunjukkan dalam tiga aspek berikut: 1) Pembuatan cip peranti semikonduktor kuasa baru semakin banyak menggunakan cip litar bersepadu. Teknologi, dengan kata lain, peranti semikonduktor kuasa menggunakan teknologi sub-mikron dan berkembang ke arah sub-mikron dalam. Konsep bahawa peranti semikonduktor kuasa hanyalah teknologi tahap rendah kini harus diubah. Sudah tentu, pembuatan peranti semikonduktor kuasa tidak menggunakan teknologi proses IC yang paling maju pada tahun ini, tetapi perbezaan ini memungkinkan untuk menggunakan peralatan yang lebih murah, sehingga dapat mengurangkan kos pembuatan, yang sangat penting untuk pengembangan peranti semikonduktor kuasa. 2) Bukan hanya teknologi cip, tetapi juga teknologi pembungkusan peranti semikonduktor yang bergerak lebih dekat ke litar bersepadu. Dalam beberapa tahun terakhir, titik panas untuk pembungkusan litar bersepadu adalah penggunaan teknologi BGA (Ball Grid Array) dan MCM (Multi-Chip Module), yang secara bertahap menjadi kaedah pembungkusan yang diadopsi oleh peranti semikonduktor kuasa baru. Sebagai contoh, IR' FlipFET dan iPOWIR kedua-duanya menggunakan teknologi BGA, dan iPOWIR juga merupakan teknologi MCM yang paling biasa. Sudah tentu, peranti semikonduktor kuasa mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk pelesapan haba daripada litar bersepadu. Pelesapan haba dua sisi yang biasa berlaku pada pembungkusan thyristor pada masa lalu kini digunakan pada peranti MOS untuk pertama kalinya, dan DirectFET adalah salah satu contohnya. Mengenai DirectFET, artikel ini akan memberikan pengenalan ringkas kepadanya. 3) Trend baru ialah peranti semikonduktor kuasa dan litar bersepadu sering digabungkan dalam cip yang sama atau bungkusan yang sama. Dengan kata lain, bahagian kawalan dan bahagian kuasa yang lebih berfungsi, atau litar perlindungan digabungkan dalam satu peranti. Pada masa lalu, litar bersepadu kuasa yang sering disebut orang merujuk kepada litar pemacu voltan tinggi, iaitu litar bersepadu yang digunakan untuk menggerakkan MOSFET voltan tinggi atau IGBT. Walau bagaimanapun, kelas litar bersepadu dan peranti kuasa berkaitan yang disebut pengurusan kuasa telah dihasilkan pada masa ini. Voltan mungkin tidak tinggi, tetapi fungsi kawalan sangat ditingkatkan. Yang paling biasa adalah beberapa peranti dalam aplikasi DC-DC. Oleh itu, konsep bahawa peranti kuasa hanya merujuk kepada peranti diskrit telah mengalami perubahan mendasar. Sebagai contoh, peranti canggih yang berkaitan dengan IC atau dengan fungsi khas yang dihasilkan oleh IR telah melebihi peranti diskrit konvensional, dan semakin berkembang ke arah sistem produksi &;" Terdapat pepatah bahawa pengeluaran peranti canggih seperti sistem dan IC akan menjadi andalan di masa depan. Dalam proses pembangunan seperti itu, istilah Pengurusan Kuasa telah menjadi lebih umum. Rumusan pengurusan kuasa di luar negara telah menjadi sangat popular, terutamanya dalam industri elektronik kuasa yang berkaitan dengan industri 4C. Kekerapan penampilannya lebih tinggi daripada elektronik kuasa asal. Sebilangan pengeluar asing sering menyebut diri mereka sebagai pakar pengurusan kuasa. Sebenarnya, tidak ada percanggahan dalam hal ini, kerana pengurusan daya hanyalah formulasi baru dalam bidang-bidang tertentu dalam tahap pengembangan elektronik tenaga semasa. Berbanding dengan elektronik kuasa, pengurusan kuasa menekankan pengurusan &;" Menekankan fungsi mengawal aspek ini. Kata Power boleh bermaksud kuasa, elektrik atau kuasa. Pengurusan juga boleh difahami sebagai pengurusan atau pemprosesan. Oleh itu, terdapat banyak jenis terjemahan bahasa Cina. Walau bagaimanapun, keempat-empat watak Cina untuk pengurusan kuasa telah muncul di China berkali-kali, yang mungkin menimbulkan sedikit masalah pada bahasa standard. Walau bagaimanapun, banyak istilah asing mempunyai proses pengembangan mereka sendiri, dan banyak istilah baru sering muncul. Kita harus mempunyai pemahaman yang lebih mendalam mengenai kemunculan istilah baru ini dari perspektif teknikal. Power Conversion (Power Conversion) dulu hampir sama dengan elektronik power. Sebuah majalah asing pernah menukar tajuk Power Electronics menjadi Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Tetapi penukaran kuasa tidak dapat merangkumi pengurusan kuasa dalam elektronik kuasa. Seperti penyesuaian faktor kuasa * dan pengatur putus sekolah rendah (LDO) dan sebagainya. LDO banyak digunakan dalam bekalan kuasa komputer sebagai penyesuaian dan penstabilan voltan jarak kecil. Ia adalah IC dan juga merangkumi peranti kuasa. Sebagai contoh, dalam bekalan kuasa AC-DC, boleh ada peranti kuasa dengan PWM dan voltan sifar menghidupkan, yang juga IC. Ia dipanggil Integrated Switch in IR. Ini adalah contoh khas gabungan IC dan peranti kuasa. Musim bunga ini, pada pertemuan dan pameran laporan pertama PCIM&yang diadakan di China, saya pernah menyampaikan laporan mengenai DirectFET bagi pihak rakan sekerja IR. Ini adalah tempat panas baru untuk IR. Saya ingin memberikan pengenalan ringkas mengenai peranti ini di sini. Seperti yang anda ketahui, sudah ada banyak peranti kuasa yang menggunakan permukaan mount. Tetapi bentuk pembungkusan tersebut biasanya mengikut kemasan litar bersepadu yang asal. Oleh itu, dari perspektif pelesapan haba, ia tidak semestinya paling sesuai untuk peranti kuasa. DirectFET adalah pertama kalinya pelesapan haba dua sisi peranti kuasa diperkenalkan ke dalam peranti pemasangan permukaan. Ukuran DirectFET setara dengan kes SO-8, tetapi rintangan kes itu sendiri hanya 0.1 miliohms, sementara SO-8 adalah 1.5 miliohms. Oleh itu, ketumpatan arus peranti digandakan, dan luas papan litar dikurangkan sebanyak 50% berbanding dengan perumahan SO-8 yang asal. Penukar buck segerak yang terdiri daripada sepasang DirectFET (kawalan FET dan FET segerak) dapat memberikan arus 30 ampere pada 1.3 volt. Sistem kuasa yang dihasilkan memenuhi keperluan pengurusan kuasa pemproses 64-bit terbaru Intel, Itanium2. Rujuk Gambar 1 untuk penampilan DirectFET. Gambar menunjukkan dua sisi peranti, satu sisi dapat melihat pintu gerbang dan dua bahagian keluar keluar sumber, mereka akan disolder secara langsung pada papan litar. Bahagian lain adalah penutup tembaga, yang merupakan longkang dan sisi lain yang dapat menghilangkan haba. Gambar 2 menunjukkan keratan rentas DirectFET, supaya anda dapat memahami strukturnya dengan lebih jelas. Bagi mereka yang terbiasa dengan peranti berkuasa tinggi, terasa sangat baru: DirectFET hanya berukuran 5x6.35x0.7mm. Peranti ini akan digunakan dalam komputer notebook kelas atas, modul modulasi voltan pelayan, stesen kerja dan host, dan sistem komunikasi dan data canggih. Saya ingin memperkenalkan secara ringkas kombinasi IC dan peranti kuasa dalam modul kuasa pada akhir artikel ini. Boleh dikatakan bahawa ini adalah gabungan mikroelektronik dan elektronik kuasa untuk daya yang lebih tinggi. Semua orang sudah biasa dengan IPM, modul IGBT dengan kecerdasan yang biasa digunakan dalam penghawa dingin. Ia sebenarnya adalah modul IGBT dengan IC pemacu. Modul yang diperbaharui kini muncul satu demi satu, membentuk keluarga besar sesuai dengan keperluan yang berbeza. Sebagai contoh, PI-IPM merujuk kepada IPM yang dapat diprogramkan dan diisolasi. DSP digunakan dalam modul ini, dan perisian boleh ditulis. Saya akan memberi pengenalan khas kepada keluarga besar ini pada masa akan datang.