الکترونیک قدرت و مدیریت نیرو

الکترونیک قدرت در دهه 1970 شکل گرفت. قبل از این ، مردم آن را فناوری جریان متغیر یا فناوری تبدیل نیرو می نامیدند. این فناوری از طریق فن آوری اصلاح در دهه های 1940 و 1950 ساخته شده است. در اوایل این صنعت ، Xi&# 39 وجود دارد ؛ یک موسسه تحقیقاتی یکسو کننده ، کارخانه های بزرگ یکسو کننده در سراسر کشور ، شرکت بین المللی یکسو کننده در ایالات متحده و غیره. سلف Xi&# 39 ؛ یک م Instituteسسه تحقیقاتی یکسو کننده ، آزمایشگاه تحقیقات نیمه هادی م Equipmentسسه تحقیقات تجهیزات الکتریکی وزارت ماشین آلات ، اولین واحدی است که در نیمه هادی های قدرت در چین فعالیت می کند. شرکت یکسوساز بین المللی که در سال 1947 تاسیس شد نیز اولین شرکت نیمه هادی در ایالات متحده محسوب می شود. هنگامی که تریستور به یک خانواده بزرگ تبدیل می شود ، هنگامی که بعضی از دستگاه ها با زمان خاموش شدن کوتاه یا خاموش کردن آسان به تدریج توسعه می یابند ، برنامه اینورتر به تدریج به برنامه غالب تبدیل می شود. در این زمان ، جامعه دانشگاهی پیشنهاد كرد كه رشته جدیدی برای طبقه بندی این پیشرفت وجود داشته باشد. بنابراین الکترونیک قدرت نسبت به الکترونیک اطلاعات وجود دارد. اولی با اطلاعات سروکار دارد و دومی با قدرت. نظریه کنترل خودکار بیشتر و فناوری الکترونیکی جدید نیز به این موضوع وارد شده است. در آن زمان ، جهت برنامه بر کاربردهای صنعتی ، کشیدن خودرو و سیستم های قدرت متمرکز بود ، بنابراین مردم بیشترین نگرانی را در مورد توسعه جهت با قدرت بالا دارند. به عنوان مثال ، اگرچه تریستورهای دو جهته به طور گسترده ای در لوازم خانگی مورد استفاده قرار گرفته اند ، چین همچنان تولید تریستورهای دو طرفه را در جهت کاربردهای صنعتی در دهه 1970 قفل کرده است. پس از آن ، به تریستور دو طرفه برای لوازم خانگی تبدیل نشد. از نظر نیمه هادی های قدرت بالا ، فاصله بین چین و کشورهای خارجی زیاد زیاد نبوده است. با توجه به نیازهای عظیم زیرساختی&چین&، در مقایسه با کشورهای خارجی ، دستگاههای نیمه هادی با قدرت بالا در این مرحله کاربردهای بیشتری دارند. در سالهای اخیر ، برخی از پروژه های بزرگ معرفی شده اند که این امر اختلافات را با کشورهای خارجی بیشتر کاهش داده است. این جنبه ای از توسعه الکترونیک قدرت است. این ممکن است یک جنبه اصلی باشد که انجمن الکترونیک قدرت کشور من همیشه به آن اهمیت داده است. پس از ظهور دستگاه های نوع MOS در اوایل دهه 1980 ، پس از بیش از ده سال توسعه ، الکترونیک قدرت زمینه های بیشتری مانند صنعت 4C (ارتباطات ، کامپیوتر ، لوازم الکتریکی مصرفی ، اتومبیل های اتومبیل) را پوشش داده است. در این زمان ، پیشرفت فن آوری آن کمتر بر میزان قدرت تأکید می کند ، اما بر تأمین منابع انرژی کارآمدتر ، کوچک و سبک این صنایع تمرکز دارد. اگر بگوییم که الکترونیک با قدرت بالا بر سیستم اجرا تأکید دارد ، الکترونیک با قدرت کم تأکید بر منبع تغذیه دارد. اگر میکروالکترونیک به مغز تشبیه شود ، وسایل الکترونیکی پرقدرت بر نقش دست و پا تأکید می کنند ، در حالی که الکترونیک کم قدرت بر نقش قلب تأکید می کنند. جامعه تأمین برق کشور ما طبیعتاً به نقش دوم توجه بیشتری خواهد داشت. اما هر دو متعلق به الکترونیک قدرت هستند. من معتقدم که هر دو جامعه از دو جنبه به توسعه الکترونیک قدرت اهمیت خواهند داد. به طور خلاصه ، این توسعه بیست ساله تریستورهای مختلف است که پایه محکمی برای توسعه الکترونیک قدرت در صنعت ، سیستم های رانندگی و سیستم های قدرت قرار داده است. بدین ترتیب الکترونیک قدرت شکل گرفته است. پس از آن ، دستگاه های مختلف از نوع MOS دو دهه توسعه را تجربه کرده اند ، که همچنین پایه های محکمی برای توسعه صنعت 4C ایجاد کرده است. فناوری الکترونیک قدرت را یک گام بزرگ به جلو قرار دهید. در حال حاضر ، به دلیل ادغام بیشتر ریز الکترونیک و الکترونیک قدرت ، دستگاه های نیمه هادی قدرت در حال برداشتن مرحله سوم هستند که می تواند در سه جنبه زیر آشکار شود: به عبارت دیگر ، فناوری نیمه هادی های قدرت از فناوری زیر میکرون استفاده می کنند و در جهت زیر میکرون عمیق توسعه می یابند. این مفهوم که دستگاه های نیمه هادی قدرت فقط یک فناوری سطح پایین هستند ، اکنون باید تغییر کند. البته ، در ساخت دستگاه های نیمه هادی قدرت از پیشرفته ترین فناوری فرآیند آی سی سال استفاده نشده است ، اما این تفاوت ها امکان استفاده از تجهیزات ارزان تر را فراهم کرده و در نتیجه هزینه های تولید را کاهش می دهد ، که برای توسعه دستگاه های نیمه هادی قدرت بسیار مهم است. 2) نه تنها فناوری تراشه ، بلکه فناوری بسته بندی دستگاه های نیمه هادی قدرت نیز به مدارهای مجتمع نزدیک می شود. در چند سال گذشته ، نقاط داغ بسته بندی مدار مجتمع استفاده از فناوری های BGA (Ball Grid Array) و MCM (ماژول چند تراشه ای) بوده است که به تدریج به روش بسته بندی اتخاذ شده توسط دستگاه های نیمه هادی قدرت جدید تبدیل شده اند. به عنوان مثال ، IR&# 39 ؛ s FlipFET و iPOWIR هر دو از فناوری BGA استفاده می کنند و iPOWIR نیز معمولی ترین فناوری MCM است. البته دستگاه های نیمه هادی قدرت نسبت به مدارهای مجتمع الزامات بیشتری برای اتلاف گرما دارند. اتلاف حرارت دو طرفه معمول در بسته بندی تریستور در گذشته اکنون برای اولین بار در دستگاههای MOS استفاده می شود و DirectFET یکی از این موارد است. در مورد DirectFET ، این مقاله به معرفی مختصری از آن می پردازد. 3) روند جدید این است که دستگاه های نیمه هادی قدرت و مدارهای مجتمع اغلب در همان تراشه یا همان بسته ترکیب می شوند. به عبارت دیگر ، قسمت کنترل عملکردی و قسمت قدرت یا مدار محافظ در یک دستگاه ترکیب می شوند. در گذشته ، مدارهای یکپارچه توان که مردم به آن اشاره می کنند ، عمدتاً به مدارهای محرک ولتاژ بالا ، یعنی مدارهای مجتمع مورد استفاده برای هدایت MOSFET یا IGBT ولتاژ بالاتر ، اشاره دارند. با این وجود ، در حال حاضر دسته ای از مدارهای مجتمع و دستگاه های قدرت مرتبط با آن به نام مدیریت نیرو تولید شده است. ولتاژ ممکن است زیاد نباشد ، اما عملکرد کنترل بسیار افزایش یافته است. معمول ترین آنها برخی از دستگاه ها در برنامه های DC-DC است. بنابراین ، این مفهوم که دستگاه های قدرت فقط به دستگاه های گسسته اشاره می کنند ، دچار یک تغییر اساسی شده است. به عنوان مثال ، دستگاه های پیشرفته مربوط به IC یا عملکردهای خاص تولید شده توسط IR از دستگاه های گسسته مرسوم پیشی گرفته و در جهت تولید سیستم های&بیشتر توسعه می یابند." ؛ گفته ای وجود دارد که تولید دستگاه های پیشرفته مانند سیستم ها و IC ها در آینده به اصلی ترین پایه تبدیل خواهد شد. در چنین فرآیند توسعه ، اصطلاح مدیریت نیرو بیشتر و بیشتر رایج شده است. فرمول بندی مدیریت انرژی در خارج از کشور بخصوص در صنایع الکترونیک قدرت مربوط به صنعت 4C کاملاً مشهور شده است. فرکانس شکل ظاهری آن حتی از الکترونیک قدرت اصلی نیز بیشتر است. برخی از تولیدکنندگان خارجی معمولاً خود را کارشناس مدیریت نیرو می نامند. در حقیقت ، هیچ تناقضی از این نظر وجود ندارد ، زیرا مدیریت نیرو فقط یک فرمول جدید در زمینه های خاص در مرحله فعلی توسعه الکترونیک قدرت است. در مقایسه با الکترونیک قدرت ، مدیریت نیرو بر&مدیریت تأکید دارد." ؛ بر عملکرد کنترل این جنبه تأکید دارد. کلمه قدرت می تواند به معنی قدرت ، برق یا قدرت باشد. مدیریت را می توان به عنوان مدیریت یا پردازش نیز درک کرد. بنابراین ، ترجمه های چینی می تواند انواع مختلفی داشته باشد. با این حال ، چهار حرف چینی برای مدیریت نیرو بارها در چین ظاهر شده اند که ممکن است برخی از مشکلات را به زبان استاندارد اضافه کند. با این حال ، بسیاری از اصطلاحات خارجی روند توسعه خود را دارند و بسیاری از اصطلاحات جدید اغلب ظاهر می شوند. ما باید درک عمیق تری از ظهور این اصطلاحات جدید از منظر فنی داشته باشیم. تبدیل برق (تبدیل برق) قبلاً تقریباً مترادف با الکترونیک قدرت بود. یک مجله خارجی یک بار عنوان Power Electronics را به Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM) تغییر داد. اما تبدیل نیرو نمی تواند&# 39 باشد ؛ همه اینها شامل مدیریت نیرو در الکترونیک قدرت است. مانند تنظیم ضریب قدرت * و تنظیم کننده افت کم (LDO) و غیره. LDO به طور گسترده ای در منبع تغذیه کامپیوتر به عنوان تنظیم و تثبیت ولتاژ دامنه کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. این یک IC است و همچنین شامل دستگاه های قدرت است. به عنوان مثال ، در یک منبع تغذیه AC-DC ، می توان یک دستگاه قدرت با PWM و ولتاژ صفر روشن وجود دارد که این نیز یک IC است. به آن سوئیچ مجتمع در IR گفته می شود. اینها نمونه های معمولی ترکیبی از IC و دستگاه های قدرت است. در بهار امسال ، در اولین نشست گزارش و نمایش PCIM&# 39 که در چین برگزار شد ، من یک بار گزارشی از DirectFET را به نمایندگی از یک همکار IR ارائه دادم. این یک نقطه داغ جدید برای IR است. من می خواهم در اینجا مختصراً به معرفی این دستگاه بپردازم. همانطور که همه می دانید ، در حال حاضر دستگاه های قدرت زیادی با استفاده از نصب سطح وجود دارد. اما این فرم های بسته بندی معمولاً از بسته بندی اصلی مدارهای مجتمع پیروی می کنند. بنابراین ، از منظر اتلاف گرما ، لزوماً مناسب ترین وسیله برای وسایل برقی نیست. DirectFET اولین باری است که اتلاف حرارت دو طرفه دستگاه های قدرت به دستگاه های نصب سطح نصب می شود. اندازه DirectFET معادل مورد SO-8 است ، اما مقاومت کیس تنها 0.1 میلی متر است ، در حالی که SO-8 1.5 میلی اهم است. بنابراین ، تراکم جریان دستگاه دو برابر می شود و مساحت صفحه مدار در مقایسه با محفظه اصلی SO-8 50٪ کاهش می یابد. یک مبدل همزمان باک متشکل از یک جفت DirectFET (کنترل FET و FET همزمان) می تواند 30 آمپر جریان را در 1.3 ولت تأمین کند. سیستم قدرت حاصل ، نیازهای مدیریت انرژی آخرین پردازنده 64 بیتی اینتل Itanium2 را برآورده می کند. برای ظاهر DirectFET به شکل 1 مراجعه کنید. شکل دو طرف دستگاه را نشان می دهد ، یک طرف می تواند یک دروازه و دو قسمت منبع سرب را ببیند ، آنها مستقیماً روی صفحه مدار لحیم می شوند. طرف دیگر یک پوشش مسی است که تخلیه و طرف دیگر است که می تواند گرما را پراکنده کند. شکل 2 نمای مقطعی DirectFET را نشان می دهد ، بنابراین می توانید ساختار آن را با وضوح بیشتری درک کنید. برای کسانی که به دستگاه های پرقدرت عادت دارند ، احساس بسیار جدیدی خواهد داشت: اندازه DirectFET فقط 5x6.35x0.7 میلی متر است. این دستگاه در رایانه های نوت بوک پیشرفته ، ماژول های تعدیل ولتاژ سرورها ، ایستگاه های کاری و میزبان ها و سیستم های ارتباطی و داده پیشرفته مورد استفاده قرار خواهد گرفت. من می خواهم مختصری از ترکیب IC و دستگاه های قدرت را در ماژول های قدرت در انتهای این مقاله معرفی کنم. می توان گفت که این ترکیبی از میکروالکترونیک و الکترونیک قدرت برای قدرت بالاتر است. همه با IPM ، ماژول IGBT با هوشمندی که معمولاً در تهویه مطبوع استفاده می شود ، آشنا هستند. در واقع یک ماژول IGBT با IC درایور است. ماژول های به روز شده در حال حاضر یکی پس از دیگری ظهور می کنند و با توجه به نیازهای مختلف یک خانواده بزرگ تشکیل می دهند. به عنوان مثال ، PI-IPM به IPM قابل برنامه ریزی و عایق اشاره دارد. در این ماژول از DSP استفاده شده است و می توان نرم افزار را نوشت. من در آینده معرفی ویژه ای به این خانواده بزرگ خواهم کرد.