Strømelektronik og strømstyring

Powerelektronik blev dannet i 1970'erne. Før dette kaldte folk det variabel strømteknologi eller strømkonverteringsteknologi. Det er udviklet fra udbedringsteknologien i 1940'erne og 1950'erne. Tidligt i denne industri er der Xi' et Rectifier Research Institute, store ensretterfabrikker i hele landet, International Rectifier Company i USA og så videre. Forgængeren for Xi' et ensretterforskningsinstitut, halvlederforskningslaboratoriet for elektrisk udstyrs forskningsinstitut i maskinministeriet er den tidligste enhed, der beskæftiger sig med krafthalvledere i Kina. The International Rectifier Company, der blev etableret i 1947, anses også for at være det tidligste halvlederfirma i USA. Når tyristoren udvikler sig til en stor familie, når nogle enheder med kort slukningstid eller let at slukke gradvist udvikles, stiger inverterapplikationen gradvist til den dominerende applikation. På dette tidspunkt foreslog det akademiske samfund, at der skulle være en ny disciplin til at klassificere denne udvikling. Så der er effektelektronik i forhold til informationselektronik. Førstnævnte beskæftiger sig med information, og sidstnævnte omhandler magt. Mere automatisk kontrolteori og ny elektronisk teknologi er også blevet introduceret i dette emne. På det tidspunkt fokuserede applikationsretningen på industrielle applikationer, køretøjstræk og elsystemer, så folk er mest bekymrede over udviklingen af ​​højeffektretning. For eksempel, selvom tovejs -thyristorer har været meget udbredt i husholdningsapparater, låste Kina stadig udviklingen af ​​tovejs -thyristorer i retning af industrielle applikationer i 1970'erne. Derefter udviklede det sig ikke til en tovejs tyristor til husholdningsapparater. Med hensyn til halvleder med høj effekt har kløften mellem Kina og udlandet ikke været særlig stor. På grund af Kinas' s massive infrastrukturbehov, sammenlignet med udlandet, har halvlederenheder med høj effekt flere anvendelser på dette stadium. I de senere år er der blevet indført nogle større projekter, som yderligere har afkortet kløften med udlandet. Dette er et aspekt af udviklingen af ​​kraftelektronik. Det kan også være et stort aspekt, som mit land Power Electronics Society altid har lagt vægt på. Efter fremkomsten af ​​MOS-type enheder i begyndelsen af ​​1980'erne, efter mere end ti års udvikling, har elektronik dækket flere andre områder, såsom 4C-industrien (kommunikation, computer, forbrugerelektriske apparater, bilbiler). På dette tidspunkt understreger fremskridtet af dets teknologi mindre størrelsen på strømmen, men fokuserer på at give disse industrier mere effektive, små og lette strømkilder. Hvis vi siger, at kraftelektronik med høj effekt understreger udførelsessystemet, understreger laveffektelektronik strømforsyning. Hvis mikroelektronik sammenlignes med hjernen, understreger den store kraftelektronik rollen som hænder og fødder, mens den lille kraftelektronik understreger hjertets rolle. Power Supply Society i vores land vil naturligvis være mere opmærksom på sidstnævntes rolle. Men begge tilhører kraftelektronik. Jeg tror, ​​at begge samfund vil bekymre sig om udviklingen af ​​kraftelektronik i to aspekter. Sammenfattende er det den tyveårige udvikling af forskellige tyristorer, som har lagt et solidt fundament for udviklingen af ​​kraftelektronik i industri, kørsel og elsystemer. Powerelektronik dannes således. Derefter har forskellige enheder af MOS-type oplevet to årtiers udvikling, hvilket også lagde et solidt fundament for udviklingen af ​​4C-industrien. Gør powerelektronik -teknologi til et stort skridt fremad. På nuværende tidspunkt, på grund af den yderligere integration af mikroelektronik og effektelektronik, tager halvlederenheder det tredje trin, hvilket kan manifesteres i følgende tre aspekter: 1) Chipfremstillingen af ​​nye halvledere til kraften anvender i stigende grad integrerede kredsløbschips. Teknologi, med andre ord, strømhalvlederudstyr vedtager sub-micron teknologi og udvikler sig i retning af dyb sub-micron. Konceptet om, at halvlederenheder kun er en teknologi på lavt niveau, bør nu ændres. Selvfølgelig brugte fremstillingen af ​​halvledere til kraft ikke årets mest avancerede IC -procesteknologi, men disse forskelle gjorde det muligt at bruge billigere udstyr og derved reducere produktionsomkostninger, hvilket er meget vigtigt for udviklingen af ​​strømhalvlederanordninger. 2) Ikke kun chipteknologi, men også emballeringsteknologi til strømhalvlederenheder bevæger sig tættere på integrerede kredsløb. I de sidste par år har hotspots for integreret kredsløbspakning været brugen af ​​BGA (Ball Grid Array) og MCM (Multi-Chip Module) teknologier, som gradvist er blevet de emballagemetoder, der anvendes af nye halvledere. For eksempel bruger IR' s FlipFET og iPOWIR begge BGA -teknologi, og iPOWIR er også den mest typiske MCM -teknologi. Selvfølgelig har strømhalvlederanordninger højere krav til varmeafledning end integrerede kredsløb. Den dobbeltsidige varmeafledning, der tidligere var almindelig i tyristoremballage, bruges nu for første gang i MOS-enheder. DirectFET er et eksempel på det. Med hensyn til DirectFET giver denne artikel en kort introduktion til den. 3) En ny trend er, at halvledere og integrerede kredsløb ofte kombineres i den samme chip eller den samme pakke. Med andre ord er den mere funktionelle styreenhed og effektdel eller beskyttelseskredsløb kombineret i en enhed. Tidligere refererede de strømintegrerede kredsløb, som folk refererer til, hovedsageligt til højspændingsdrevskredsløb, det vil sige integrerede kredsløb, der bruges til at drive MOSFET'er med høj spænding eller IGBT'er. Imidlertid er der i øjeblikket produceret en klasse af integrerede kredsløb og relaterede strømudstyr kaldet strømstyring. Spændingen er muligvis ikke høj, men kontrolfunktionen er stærkt forbedret. De mest typiske er nogle enheder i DC-DC-applikationer. Derfor har konceptet om, at strømudstyr kun refererer til diskrete enheder, gennemgået en grundlæggende ændring. For eksempel har avancerede enheder relateret til IC eller med specialfunktioner produceret af IR overgået konventionelle diskrete enheder og udvikler sig yderligere i produktionsretningen" systemer." Der er et ordsprog om, at produktionen af ​​avancerede enheder som systemer og IC'er vil blive grundpillen i fremtiden. I en sådan udviklingsproces er udtrykket Power Management blevet mere og mere almindeligt. Formuleringen af ​​strømstyring i udlandet er blevet ret populær, især i kraftelektronikindustrien relateret til 4C -industrien. Hyppigheden af ​​dens udseende er endnu højere end den originale effektelektronik. Nogle udenlandske producenter kalder sig ofte eksperter i energistyring. Faktisk er der ingen modsigelse i denne henseende, fordi strømstyring bare er en ny formulering på bestemte områder i den nuværende fase af udviklingen af ​​kraftelektronik. Sammenlignet med effektelektronik understreger strømstyring" ledelse." Fremhæver funktionen af ​​at kontrollere dette aspekt. Ordet magt kan betyde magt, elektricitet eller magt. Ledelse kan også forstås som ledelse eller behandling. Derfor kan der være mange slags kinesiske oversættelser. De fire kinesiske tegn til strømstyring er dog dukket op i Kina mange gange, hvilket kan tilføre standardsproget nogle problemer. Mange udenlandske udtryk har imidlertid deres egen udviklingsproces, og mange nye udtryk dukker ofte op. Vi bør have en dybere forståelse af fremkomsten af ​​disse nye udtryk fra et teknisk perspektiv. Power Conversion (Power Conversion) plejede at være næsten synonymt med strømelektronik. Et udenlandsk magasin ændrede engang titlen Power Electronics til Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Men strømkonvertering kan' ikke alle omfatte strømstyring i effektelektronik. Såsom justering af effektfaktor* og lavt frafaldsregulator (LDO) og så videre. LDO bruges meget i computerens strømforsyning som en spændingsjustering og stabilisering i et lille område. Det er en IC og inkluderer også strømudstyr. For eksempel kan der i en AC-DC-strømforsyning være en kraftenhed med PWM og nulspænding, som også er en IC. Det kaldes Integrated Switch i IR. Dette er typiske eksempler på kombinationen af ​​IC og strømudstyr. I foråret, på PCIM' s første rapportmøde og udstilling afholdt i Kina, præsenterede jeg engang en rapport om DirectFET på vegne af en IR -kollega. Dette er et nyt hot spot for IR. Jeg vil gerne give en kort introduktion til denne enhed her. Som du alle ved, er der allerede mange strømudstyr, der bruger overflademontering. Men disse emballageformer følger generelt den originale emballage af integrerede kredsløb. Set fra varmeafledningens perspektiv er det derfor ikke nødvendigvis det mest egnede til strømudstyr. DirectFET er første gang, at den dobbeltsidige varmeafledning af strømudstyr er blevet indført i overflademonterede enheder. Størrelsen på DirectFET svarer til SO-8-sagen, men selve sagens modstand er kun 0,1 milliohms, mens SO-8 er 1,5 milliohms. Derfor fordobles enhedens strømtæthed, og kredsløbets areal reduceres med 50% sammenlignet med det originale SO-8-hus. En synkron bukkonverter, der består af et par DirectFET'er (kontrol FET og synkron FET), kan levere 30 ampere strøm ved 1,3 volt. Det resulterende elsystem opfylder kravene til strømstyring i Intels seneste 64-bit processor Itanium2. Se figur 1 for udseendet af DirectFET. Figuren viser enhedens to sider, den ene side kan se en port og to kildeudledningsdele, de loddes direkte på kredsløbskortet. Den anden side er et kobberdæksel, som er afløbet og den anden side, der kan sprede varme. Figur 2 viser et tværsnitsbillede af DirectFET, så du kan forstå dets struktur mere klart. For dem, der er vant til enheder med høj effekt, vil det føles meget nyt: DirectFET er kun 5x6,35x0,7 mm i størrelse. Denne enhed vil blive brugt i avancerede bærbare computere, spændingsmoduleringsmoduler til servere, arbejdsstationer og værter og avancerede kommunikations- og datasystemer. Jeg vil gerne kort introducere kombinationen af ​​IC og strømudstyr i strømmoduler i slutningen af ​​denne artikel. Det kan siges, at dette er en kombination af mikroelektronik og effektelektronik til højere effekt. Alle kender IPM, IGBT -modulet med intelligens, der almindeligvis bruges i klimaanlæg. Det er faktisk et IGBT -modul med en driver -IC. Aktuelt opdaterede moduler dukker op efter hinanden og danner en stor familie efter forskellige behov. For eksempel refererer PI-IPM til programmerbar og isoleret IPM. DSP bruges i dette modul, og software kan skrives. Jeg vil i fremtiden give en særlig introduktion til denne store familie.