Elettronika tal-Enerġija u Ġestjoni tal-Enerġija

L-elettronika tal-qawwa ġiet iffurmata fis-sebgħinijiet. Qabel dan, in-nies sejħuha teknoloġija tal-kurrent varjabbli, jew teknoloġija ta 'konverżjoni tal-enerġija. Huwa żviluppat mit-teknoloġija tar-rettifika fis-snin 40 u 1950. Kmieni f'din l-industrija, hemm Xi' Rectifier Research Institute, fabbriki maġġuri ta 'rectifier madwar il-pajjiż, il-International Rectifier Company fl-Istati Uniti, eċċ. Il-predeċessur ta 'Xi' Istitut tar-Riċerka Rettifikatur, il-Laboratorju tar-Riċerka dwar is-Semikondutturi tal-Istitut tar-Riċerka dwar Tagħmir Elettriku tal-Ministeru tal-Makkinarju huwa l-ewwel unità involuta fis-semikondutturi tal-enerġija fiċ-Ċina. Il-Kumpanija Internazzjonali tar-Rettifikaturi, stabbilita fl-1947, hija wkoll meqjusa bħala l-ewwel kumpanija tas-semikondutturi fl-Istati Uniti. Meta t-tiristur jiżviluppa f'familja kbira, meta xi apparati b'ħin qasir ta 'tifi jew faċli biex tintefa jiġu żviluppati gradwalment, l-applikazzjoni tal-inverter titla' gradwalment għall-applikazzjoni dominanti. F'dan iż-żmien, il-komunità akkademika pproponiet li għandu jkun hemm dixxiplina ġdida biex tikklassifika dan l-iżvilupp. Allura hemm elettronika tal-enerġija relattiva għall-elettronika tal-informazzjoni. Tal-ewwel jittratta l-informazzjoni u tal-aħħar jittratta l-poter. F'dan is-suġġett ġew introdotti wkoll teorija ta 'kontroll aktar awtomatiku u teknoloġija elettronika ġdida. Dak iż-żmien, id-direzzjoni tal-applikazzjoni ffokat fuq applikazzjonijiet industrijali, sistemi ta 'ġbid u enerġija tal-vettura, u għalhekk in-nies huma l-aktar imħassba dwar l-iżvilupp ta' direzzjoni ta 'qawwa għolja. Pereżempju, għalkemm tiristori bidirezzjonali intużaw ħafna fl-apparat tad-dar, iċ-Ċina xorta ssakkar l-iżvilupp ta 'tiristori bidirezzjonali fid-direzzjoni ta' applikazzjonijiet industrijali fis-sebgħinijiet. Wara dan, ma żviluppax f'tiristor bidirezzjonali għal apparat tad-dar. F'termini ta 'semikondutturi ta' qawwa għolja, id-distakk bejn iċ-Ċina u pajjiżi barranin ma kienx kbir ħafna. Minħabba l-ħtiġijiet massivi ta 'infrastruttura taċ-Ċina&# 39, meta mqabbla ma' pajjiżi barranin, apparat semikonduttur ta 'qawwa għolja għandu aktar użi f'dan l-istadju. Fis-snin riċenti, ġew introdotti xi proġetti kbar, li kompla jnaqqas id-distakk ma 'pajjiżi barranin. Dan huwa aspett tal-iżvilupp tal-elettronika tal-qawwa. Jista 'jkun ukoll aspett ewlieni li pajjiżu l-Power Electronics Society dejjem ta importanza lilu. Wara ż-żieda ta 'apparati tat-tip MOS fil-bidu tas-snin tmenin, wara aktar minn għaxar snin ta' żvilupp, l-elettronika tal-qawwa kopriet aktar oqsma oħra, bħall-industrija 4C (Komunikazzjoni, Kompjuter, Tagħmir elettriku tal-konsumatur, Karozzi tal-karozzi). F'dan iż-żmien, l-avvanz tat-teknoloġija tagħha jenfasizza inqas id-daqs tal-enerġija, iżda jiffoka fuq li jipprovdi lil dawn l-industriji b'sorsi ta 'enerġija aktar effiċjenti, żgħar u ħfief. Jekk ngħidu li l-elettronika ta 'qawwa għolja tenfasizza s-sistema ta' eżekuzzjoni, l-elettronika ta 'qawwa baxxa tenfasizza l-provvista ta' enerġija. Jekk il-mikroelettronika titqabbel mal-moħħ, l-elettronika kbira tal-qawwa tenfasizza r-rwol tal-idejn u s-saqajn, filwaqt li l-elettronika żgħira tal-enerġija tenfasizza r-rwol tal-qalb. Is-Soċjetà tal-Provvista tal-Enerġija ta ’pajjiżna naturalment tagħti aktar attenzjoni lir-rwol ta’ din tal-aħħar. Iżda t-tnejn jappartjenu għall-elettronika tal-enerġija. Nemmen li ż-żewġ soċjetajiet se jieħdu ħsieb l-iżvilupp tal-elettronika tal-qawwa f'żewġ aspetti. Fil-qosor, huwa l-iżvilupp ta 'għoxrin sena ta' tiristori varji, li stabbilixxa pedament sod għall-iżvilupp ta 'l-elettronika ta' l-enerġija fl-industrija, fis-sewqan, u fis-sistemi ta 'l-enerġija. L-elettronika tal-enerġija hija b'hekk iffurmata. Wara dan, diversi apparati tat-tip MOS esperjenzaw għoxrin sena ta 'żvilupp, li wkoll waqqfu pedament sod għall-iżvilupp ta' l-industrija 4C. Agħmel it-teknoloġija tal-elettronika tal-enerġija pass kbir 'il quddiem. Fil-preżent, minħabba l-integrazzjoni ulterjuri tal-mikroelettronika u l-elettronika tal-qawwa, l-apparati semikondutturi tal-enerġija qed jieħdu t-tielet pass, li jista 'jkun manifestat fit-tliet aspetti li ġejjin: 1) Il-manifattura taċ-ċippa ta' apparati ġodda semikondutturi tal-enerġija qed tuża dejjem aktar ċipep taċ-ċirkwit integrat. It-teknoloġija, fi kliem ieħor, apparati semikondutturi tal-enerġija qed jadottaw teknoloġija sub-mikronika u jiżviluppaw fid-direzzjoni ta 'sub-mikron profond. Il-kunċett li l-apparati semikondutturi tal-enerġija huma biss teknoloġija ta ’livell baxx issa għandu jinbidel. Naturalment, il-manifattura ta ’apparati semikondutturi tal-enerġija ma użatx l-iktar teknoloġija avvanzata tal-proċess IC tas-sena, iżda dawn id-differenzi għamluha possibbli li jintuża tagħmir orħos, u b’hekk naqqsu l-ispejjeż tal-manifattura, li huwa importanti ħafna għall-iżvilupp ta’ apparati semikondutturi tal-enerġija. 2) Mhux biss it-teknoloġija taċ-ċippa, iżda wkoll it-teknoloġija tal-imballaġġ tal-apparat semikonduttur tal-enerġija qed tersaq eqreb lejn ċirkwiti integrati. Fl-aħħar ftit snin, il-hot spots għall-ippakkjar taċ-ċirkwit integrat kienu l-użu ta ’teknoloġiji BGA (Ball Grid Array) u MCM (Multi-Chip Module), li gradwalment saru l-metodi ta’ ppakkjar adottati minn apparati semikondutturi ta ’enerġija ġodda. Pereżempju, IR' s FlipFET u iPOWIR it-tnejn jużaw teknoloġija BGA, u iPOWIR hija wkoll l-iktar teknoloġija tipika MCM. Naturalment, l-apparati semikondutturi tal-enerġija għandhom rekwiżiti ogħla għad-dissipazzjoni tas-sħana minn ċirkwiti integrati. Id-dissipazzjoni tas-sħana b'żewġ naħat komuni fl-imballaġġ tat-tiristori fil-passat issa hija użata f'apparati MOS għall-ewwel darba, u DirectFET huwa eżempju wieħed. Rigward DirectFET, dan l-artikolu se jagħti introduzzjoni qasira għalih. 3) Xejra ġdida hija li l-apparati semikondutturi tal-enerġija u ċ-ċirkwiti integrati spiss huma kkombinati fl-istess ċippa jew l-istess pakkett. Fi kliem ieħor, il-parti l-aktar funzjonali tal-kontroll u l-parti tal-qawwa, jew ċirkwit ta 'protezzjoni huma kkombinati f'apparat wieħed. Fil-passat, iċ-ċirkwiti integrati tal-enerġija li n-nies jirreferu għalihom prinċipalment jirreferu għal ċirkwiti ta 'sewqan ta' vultaġġ għoli, jiġifieri, ċirkwiti integrati użati biex isuqu MOSFETs jew IGBTs ta 'vultaġġ ogħla. Madankollu, fil-preżent ġew prodotti klassi ta 'ċirkwiti integrati u apparat relatat tal-enerġija msejħa ġestjoni tal-enerġija. Il-vultaġġ jista 'ma jkunx għoli, iżda l-funzjoni tal-kontroll hija msaħħa ħafna. L-iktar tipiċi huma xi apparat f'applikazzjonijiet DC-DC. Għalhekk, il-kunċett li l-apparati tal-enerġija jirreferu biss għal apparati diskreti għaddew minn bidla fundamentali. Pereżempju, apparat avvanzat relatat ma 'IC jew b'funzjonijiet speċjali prodotti minn IR qabeż apparat diskret konvenzjonali, u qed jiżviluppaw aktar fid-direzzjoni tal-produzzjoni" sistemi." Jingħad li l-produzzjoni ta 'apparat avvanzat bħal sistemi u ICs se ssir il-pedament fil-futur. Fi proċess ta 'żvilupp bħal dan, it-terminu Ġestjoni tal-Enerġija sar aktar u aktar komuni. Il-formulazzjoni tal-ġestjoni tal-enerġija barra mill-pajjiż saret popolari, speċjalment fl-industrija tal-elettronika tal-enerġija relatata mal-industrija 4C. Il-frekwenza tad-dehra tagħha hija saħansitra ogħla minn dik tal-elettronika tal-qawwa oriġinali. Xi manifatturi barranin ħafna drabi jsejħu lilhom infushom esperti fil-ġestjoni tal-enerġija. Fil-fatt, m'hemm l-ebda kontradizzjoni f'dan ir-rigward, minħabba li l-immaniġġjar tal-enerġija huwa biss formulazzjoni ġdida f'ċerti oqsma fl-istadju attwali tal-iżvilupp tal-elettronika tal-enerġija. Meta mqabbel mal-elettronika tal-enerġija, il-ġestjoni tal-enerġija tenfasizza" il-ġestjoni." Jenfasizza l-funzjoni li tikkontrolla dan l-aspett. Il-kelma Qawwa tista 'tfisser qawwa, elettriku jew qawwa. Il-ġestjoni tista 'tinftiehem ukoll bħala ġestjoni jew ipproċessar. Għalhekk, jista 'jkun hemm ħafna tipi ta' traduzzjonijiet Ċiniżi. Madankollu, l-erba 'karattri Ċiniżi għall-immaniġġjar tal-enerġija dehru fiċ-Ċina bosta drabi, li jistgħu jżidu xi problemi mal-lingwa standard. Madankollu, ħafna termini barranin għandhom il-proċess ta 'żvilupp tagħhom stess, u ħafna termini ġodda spiss jidhru. Għandna nifhmu aktar fil-fond l-emerġenza ta 'dawn it-termini ġodda minn perspettiva teknika. Il-Konverżjoni tal-Enerġija (Power Conversion) kienet kważi sinonima mal-elettronika tal-enerġija. Magazin barrani darba biddel it-titlu ta ’Power Electronics għal Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Iżda l-konverżjoni tal-enerġija ma tistax&tinkludi l-immaniġġjar tal-enerġija fl-elettronika tal-enerġija. Bħall-aġġustament tal-fattur ta 'enerġija * u regolatur ta' waqgħa baxxa (LDO) eċċ. L-LDO jintuża ħafna fil-provvista tal-enerġija tal-kompjuter bħala aġġustament u stabbilizzazzjoni tal-vultaġġ ta 'firxa żgħira. Huwa IC u jinkludi wkoll apparat tal-enerġija. Pereżempju, fi provvista tal-enerġija AC-DC, jista 'jkun hemm apparat tal-enerġija b'PWM u żero vultaġġ li jixgħel, li huwa wkoll IC. Huwa msejjaħ Swiċċ Integrat fl-IR. Dawn huma eżempji tipiċi tal-kombinazzjoni ta 'apparati IC u ta' enerġija. Din ir-rebbiegħa, fl-ewwel laqgħa u esibizzjoni ta 'rapport PCIM' li saret fiċ-Ċina, darba ppreżentajt rapport dwar DirectFET f'isem kollega tal-IR. Dan huwa hot spot ġdid għal IR. Nixtieq nagħti introduzzjoni qasira għal dan l-apparat hawnhekk. Kif tafu lkoll, diġà hemm ħafna apparati tal-enerġija li jużaw l-immuntar fuq il-wiċċ. Iżda dawk il-forom tal-imballaġġ ġeneralment isegwu l-imballaġġ oriġinali taċ-ċirkwiti integrati. Għalhekk, mill-perspettiva tad-dissipazzjoni tas-sħana, mhuwiex neċessarjament l-iktar adattat għal apparati tal-enerġija. DirectFET hija l-ewwel darba li d-dissipazzjoni tas-sħana fuq żewġ naħat ta 'apparati ta' enerġija ġiet introdotta f'apparati ta 'immuntar fuq il-wiċċ. Id-daqs tad-DirectFET huwa ekwivalenti għall-każ SO-8, iżda r-reżistenza tal-każ innifisha hija biss 0.1 milliohms, filwaqt li l-SO-8 hija 1.5 milliohms. Għalhekk, id-densità tal-kurrent tal-apparat hija rduppjata, u l-erja tal-bord taċ-ċirkwit hija mnaqqsa b'50% meta mqabbla mad-djar SO-8 oriġinali. Konvertitur Buck sinkroniku magħmul minn par DirectFETs (kontroll FET u FET sinkroniku) jista 'jipprovdi 30 amperes ta' kurrent f'1.3 volts. Is-sistema tal-enerġija li tirriżulta tissodisfa r-rekwiżiti tal-ġestjoni tal-enerġija tal-aħħar proċessur Intel 64-bit Itanium2. Irreferi għall-Figura 1 għad-dehra ta 'DirectFET. Iċ-ċifra turi ż-żewġ naħat tal-apparat, naħa waħda tista 'tara xatba u żewġ partijiet mis-sors taċ-ċomb, ikunu direttament issaldjati fuq il-bord taċ-ċirkwit. In-naħa l-oħra hija kopertura tar-ram, li hija l-fossa u n-naħa l-oħra li tista 'tferrex is-sħana. Il-Figura 2 turi stampa trasversali ta 'DirectFET, sabiex tkun tista' tifhem l-istruttura tagħha b'mod aktar ċar. Għal dawk li huma mdorrijin b'apparat ta 'qawwa għolja, se jħossu ġdid ħafna: DirectFET huwa biss ta' daqs 5x6.35x0.7mm. Dan l-apparat se jintuża f'kompjuters notebook high-end, moduli ta 'modulazzjoni tal-vultaġġ ta' servers, stazzjonijiet tax-xogħol u hosts, u sistemi avvanzati ta 'komunikazzjoni u dejta. Nixtieq nintroduċi fil-qosor il-kombinazzjoni ta 'apparati IC u ta' enerġija f'moduli ta 'enerġija fl-aħħar ta' dan l-artikolu. Jista 'jingħad li din hija taħlita ta' mikroelettronika u elettronika tal-qawwa għal qawwa ogħla. Kulħadd huwa familjari ma 'l-IPM, il-modulu IGBT b'intelliġenza użata komunement fil-kondizzjonaturi ta' l-arja. Fil-fatt huwa modulu IGBT b'IC tas-sewwieq. Moduli aġġornati bħalissa qed joħorġu wieħed wara l-ieħor, u jiffurmaw familja kbira skont bżonnijiet differenti. Pereżempju, PI-IPM jirreferi għal IPM programmabbli u iżolat. Id-DSP jintuża f'dan il-modulu, u s-softwer jista 'jinkiteb. Se nagħti introduzzjoni speċjali lil din il-familja kbira fil-futur.