Jõuelektroonika ja toitehaldus

Jõuelektroonika loodi 1970. aastatel. Enne seda nimetasid inimesed seda muutuva voolu tehnoloogiaks ehk voolu muundamise tehnoloogiaks. See on välja töötatud 1940. ja 1950. aastate parandustehnoloogiast. Selle tööstuse alguses on Xi' alaldi uurimisinstituut, suured alalditehased üle kogu riigi, rahvusvaheline alaldiettevõte Ameerika Ühendriikides ja nii edasi. Xi&# 39 eelkäija; Masinaministeeriumi elektriseadmete uurimisinstituudi pooljuhtide uurimislabori alaldi uurimisinstituut on Hiina varaseim elektri pooljuhtidega tegelev üksus. 1947. aastal asutatud rahvusvahelist alaldiühingut peetakse ka Ameerika Ühendriikide kõige varasemaks pooljuhtide ettevõtteks. Kui türistorist saab suur pere, kui mõnda lühikese väljalülitusajaga või hõlpsasti väljalülitatavat seadet järk-järgult arendatakse, tõuseb inverterrakendus järk-järgult domineerivaks rakenduseks. Sel ajal tegi akadeemiline ringkond ettepaneku, et selle arengu klassifitseerimiseks peaks olema uus distsipliin. Nii et infoelektroonika suhtes on jõuelektroonika. Esimene käsitleb teavet ja teine ​​võimu. Selles õppeaines on kasutusele võetud ka automaatse juhtimise teooria ja uus elektrooniline tehnoloogia. Sel ajal keskendus rakenduse suund tööstuslikele rakendustele, sõiduki tõmbe- ja jõusüsteemidele, seega on inimesed kõige rohkem mures suure võimsusega suuna arendamise pärast. Näiteks, kuigi kahesuunalisi türistoreid on kodumasinates laialdaselt kasutatud, lukustas Hiina 1970. aastatel ikkagi kahesuunaliste türistorite arendamise tööstuslike rakenduste suunas. Pärast seda ei arenenud sellest kodumasinate kahesuunaline türistor. Suure võimsusega pooljuhtide osas pole vahe Hiina ja välisriikide vahel olnud eriti suur. Hiina' tohutute infrastruktuurivajaduste tõttu on suurte võimsustega pooljuhtseadmetel selles etapis rohkem võimalusi kui välisriikides. Viimastel aastatel on kasutusele võetud mõned suured projektid, mis on veelgi vähendanud lõhet välisriikidega. See on jõuelektroonika arendamise aspekt. See võib olla ka peamine aspekt, mida minu kodumaa Power Electronics Society on alati tähtsustanud. Pärast MOS-tüüpi seadmete kasvu 1980. aastate alguses, pärast enam kui kümneaastast arengut, on jõuelektroonika hõlmanud veel muid valdkondi, näiteks 4C tööstust (side, arvuti, tarbeelektriseadmed, autod). Praegu ei rõhuta selle tehnoloogia areng vähem võimsuse suurust, kuid keskendub nende tööstusharude varustamisele tõhusamate, väikeste ja kergete jõuallikatega. Kui me ütleme, et suure võimsusega elektroonika rõhutab täitmissüsteemi, siis väikese võimsusega elektroonika rõhutab toiteallikat. Kui mikroelektroonikat võrreldakse ajuga, siis suur jõuelektroonika rõhutab käte ja jalgade rolli, väike jõuelektroonika aga südame rolli. Meie riigi toiteallika selts pöörab loomulikult rohkem tähelepanu viimase rollile. Kuid mõlemad kuuluvad jõuelektroonikasse. Usun, et mõlema ühiskonna jaoks on jõuelektroonika arendamine oluline kahes aspektis. Kokkuvõtteks võib öelda, et see on erinevate türistorite kahekümne aasta pikkune areng, mis on pannud kindla aluse jõuelektroonika arengule tööstuses, sõidu- ja elektrisüsteemides. Nii moodustub jõuelektroonika. Pärast seda on mitmesugused MOS-tüüpi seadmed kaks aastakümmet kestnud arengut, mis pani kindla aluse ka 4C tööstuse arengule. Tehke jõuelektroonika tehnoloogiast suur samm edasi. Praegu astuvad mikroelektroonika ja jõuelektroonika integreerimise tõttu kolmanda sammu pooljuhtseadised, mis võivad avalduda järgmises kolmes aspektis: 1) uute pooljuhtseadmete kiibitootmises kasutatakse üha enam integreeritud vooluahelaid. Tehnoloogia, teisisõnu, pooljuhtseadised võtavad kasutusele mikromikronitehnoloogia ja arenevad sügava submikroni suunas. Nüüd tuleks muuta kontseptsiooni, et pooljuhtseadmed on vaid madala tasemega tehnoloogia. Muidugi ei kasutanud pooljuhtseadmete tootmine selle aasta kõige arenenumat mikroprotsessorite tehnoloogiat, kuid need erinevused võimaldasid kasutada odavamaid seadmeid, vähendades seeläbi tootmiskulusid, mis on pooljuhtseadmete väljatöötamisel väga oluline. 2) Integreeritud vooluahelatele läheneb mitte ainult kiibitehnoloogia, vaid ka pooljuhtseadmete pakendamise tehnoloogia. Viimastel aastatel on integraallülituse pakendamise kuumad kohad olnud BGA (Ball Grid Array) ja MCM (Multi-Chip Module) tehnoloogiate kasutamine, millest on järk-järgult saanud uute pooljuhtseadmete pakendatud meetodid. Näiteks IR' s FlipFET ja iPOWIR kasutavad mõlemad BGA-tehnoloogiat ning iPOWIR on ka kõige tüüpilisem MCM-tehnoloogia. Muidugi on pooljuhtseadmetel soojuse hajutamiseks kõrgemad nõuded kui integraallülitustel. Varem türistorpakendis levinud kahepoolset soojuse hajutamist kasutatakse nüüd MOS-seadmetes esimest korda ja DirectFET on üks näide. DirectFETi kohta annab see artikkel selle lühitutvustuse. 3) Uus trend on see, et toitejuhtmed ja integreeritud vooluahelad on sageli ühendatud ühes kiibis või samas paketis. Teisisõnu, funktsionaalsem juhtimisosa ja toiteosa või kaitseahel on ühendatud ühes seadmes. Varem viitavad toitealased integreeritud vooluahelad, millele inimesed viitavad, peamiselt kõrgepinge ajamahelatele, see tähendab integreeritud vooluahelatele, mida kasutatakse kõrgepinge MOSFETide või IGBT-de juhtimiseks. Praegu on aga toodetud integraallülituste ja nendega seotud toiteseadmete klassi, mida nimetatakse toitehalduseks. Pinge ei pruugi olla kõrge, kuid juhtimisfunktsioon on oluliselt paranenud. Kõige tüüpilisemad on mõned seadmed DC-DC rakendustes. Seetõttu on põhimõtteline muutus toimunud kontseptsioonis, et toiteseadmed viitavad ainult diskreetsetele seadmetele. Näiteks on IC-ga seotud või IR-i poolt loodud erifunktsioonidega arenenud seadmed ületanud tavapäraseid diskreetseid seadmeid ja arenevad edasi tootmissüsteemide&suunas." On ütlus, et arenenud seadmete, näiteks süsteemide ja IC-de tootmine saab tulevikus alustalaks. Sellises arendusprotsessis on termin Power Management muutunud üha tavalisemaks. Välismaal on energiahalduse sõnastamine muutunud üsna populaarseks, eriti 4C tööstusega seotud jõuelektroonikatööstuses. Selle välimuse sagedus on isegi kõrgem kui algsel jõuelektroonikal. Mõned välismaised tootjad nimetavad end sageli energiahalduse ekspertideks. Tegelikult pole selles osas mingit vastuolu, sest toitehaldus on vaid teatavates valdkondades uus sõnastus praeguses jõuelektroonika arengu etapis. Võimsuse elektroonikaga võrreldes rõhutab toitehaldus&juhtimist." Rõhutab selle aspekti kontrollimise funktsiooni. Sõna Võim võib tähendada jõudu, elektrit või jõudu. Juhtimist võib mõista ka haldamise või töötlemisena. Seetõttu võib hiinakeelseid tõlkeid olla mitmesuguseid. Neli hiina tähemärki toitehalduseks on Hiinas aga korduvalt ilmunud, mis võib tavakeelde lisada probleeme. Kuid paljudel välisterminitel on oma arenguprotsess ja sageli ilmub palju uusi termineid. Me peaksime nende uute terminite tekkimist tehnilisest vaatenurgast sügavamalt mõistma. Toite muundamine (Power Conversion) oli varem peaaegu elektroonika sünonüüm. Üks välismaa ajakiri muutis kord Power Electronics'i pealkirja Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Kuid võimsuse muundamine ei saa kõik hõlmata toitehaldust elektroonikas. Näiteks võimsusteguri reguleerimine * ja madala väljalangevuse regulaator (LDO) ja nii edasi. LDO-d kasutatakse arvuti toiteallikas laialdaselt väikese vahemiku pinge reguleerimise ja stabiliseerimisena. See on IC ja sisaldab ka toiteseadmeid. Näiteks vahelduvvoolu-alalisvoolu toiteallikas võib olla PWM-i ja nullpinge sisselülitamisega toiteseade, mis on ühtlasi ka IC. Seda nimetatakse IR-is integreeritud lülitiks. Need on tüüpilised näited mikrolaine ja toiteseadmete kombinatsioonist. Sel kevadel esitasin PCIM' esimesel aruandekoosolekul ja näitusel Hiinas üks IR kolleegi nimel aruande DirectFETi kohta. See on IR-i uus kuum koht. Tahaksin siin selle seadme kohta lühidalt tutvustada. Nagu te kõik teate, on pinnakinnitust kasutavaid seadmeid juba palju. Kuid need pakendivormid järgivad tavaliselt integraallülituste originaalpakendeid. Seetõttu ei ole see soojuse hajumise seisukohast tingimata kõige sobivam elektriseadmetele. DirectFET on esimene kord, kui toiteseadmete kahepoolne soojuse hajutamine viiakse pinnale paigaldatavatesse seadmetesse. DirectFETi suurus on samaväärne SO-8 juhtumiga, kuid korpuse enda takistus on ainult 0,1 milliohmi, samas kui SO-8 on 1,5 milliohmi. Seetõttu kahekordistatakse seadme voolutihedust ja trükkplaadi pindala väheneb 50% võrreldes algse SO-8 korpusega. DirectFET-ide paarist (juht-FET ja sünkroonne FET) koosnev sünkroonne muundur suudab anda 1,3-voldise voolu 30 amprit. Saadud elektrisüsteem vastab Inteli uusima 64-bitise protsessori Itanium2 toitehalduse nõuetele. DirectFET-i ilme leiate jooniselt 1. Joonisel on kujutatud seadme kaks külge, ühel küljel on näha värav ja kaks allika väljavooluosa, need jootakse otse trükkplaadile. Teine pool on vaskkate, mis on äravool ja teine ​​külg, mis võib soojust hajutada. Joonisel 2 on kujutatud DirectFET-i ristlõikevaade, et saaksite selle struktuurist selgemini aru. Neile, kes on suure võimsusega seadmetega harjunud, tundub see väga uus: DirectFET on ainult 5x6,35x0,7mm suurune. Seda seadet kasutatakse tipptasemel sülearvutites, serverite, tööjaamade ja hostide pingemodulatsiooni moodulites ning täiustatud side- ja andmesüsteemides. Tahaksin selle artikli lõpus lühidalt tutvustada toitemoodulites sisalduvaid IC-d ja toiteseadmeid. Võib öelda, et see on mikroelektroonika ja jõuelektroonika kombinatsioon suurema võimsuse saavutamiseks. Kõigile on tuttav kliimaseadmetes tavaliselt kasutatav intelligentsusega IGBT moodul IPM. See on tegelikult draiveri IC-ga IGBT moodul. Praegu uuenevad moodulid tekivad üksteise järel, moodustades vastavalt erinevatele vajadustele suure pere. Näiteks viitab PI-IPM programmeeritavale ja isoleeritud IPM-ile. Selles moodulis kasutatakse DSP-d ja tarkvara saab kirjutada. Annan sellele suurele perele tulevikus eraldi sissejuhatuse.