إلكترونيات الطاقة وإدارة الطاقة

تم تشكيل إلكترونيات الطاقة في السبعينيات. قبل ذلك ، أطلق عليها الناس اسم التكنولوجيا الحالية المتغيرة ، أو تقنية تحويل الطاقة. تم تطويره من تقنية التصحيح في الأربعينيات والخمسينيات. في وقت مبكر من هذه الصناعة ، كان هناك Xi&# 39 ؛ معهد أبحاث مقوم ، مصانع مقومات رئيسية في جميع أنحاء البلاد ، شركة المعدل الدولي في الولايات المتحدة ، وما إلى ذلك. سلف Xi&# 39 ؛ معهد أبحاث المقومات ، مختبر أبحاث أشباه الموصلات التابع لمعهد أبحاث المعدات الكهربائية التابع لوزارة الآلات هو أول وحدة تعمل في أشباه موصلات الطاقة في الصين. تعتبر شركة International Rectifier ، التي تأسست عام 1947 ، من أقدم شركات أشباه الموصلات في الولايات المتحدة. عندما يتطور الثايرستور إلى عائلة كبيرة ، عندما يتم تطوير بعض الأجهزة ذات وقت إيقاف قصير أو سهل الإيقاف تدريجيًا ، يرتفع تطبيق العاكس تدريجياً إلى التطبيق المهيمن. في هذا الوقت ، اقترح المجتمع الأكاديمي أنه يجب أن يكون هناك نظام جديد لتصنيف هذا التطور. إذن هناك إلكترونيات طاقة مرتبطة بإلكترونيات المعلومات. الأول يتعامل مع المعلومات والأخير يتعامل مع السلطة. كما تم إدخال المزيد من نظرية التحكم الآلي والتكنولوجيا الإلكترونية الجديدة في هذا الموضوع. في ذلك الوقت ، ركز اتجاه التطبيق على التطبيقات الصناعية وأنظمة سحب المركبات والطاقة ، لذلك كان الناس أكثر قلقًا بشأن تطوير اتجاه الطاقة العالية. على سبيل المثال ، على الرغم من استخدام الثايرستور ثنائي الاتجاه على نطاق واسع في الأجهزة المنزلية ، إلا أن الصين لا تزال تقفل تطوير الثايرستور ثنائي الاتجاه في اتجاه التطبيقات الصناعية في السبعينيات. بعد ذلك ، لم يتطور إلى ثايرستور ثنائي الاتجاه للأجهزة المنزلية. فيما يتعلق بأشباه الموصلات عالية الطاقة ، لم تكن الفجوة بين الصين والدول الأجنبية كبيرة جدًا. نظرًا لاحتياجات الصين الهائلة للبنية التحتية ، مقارنة بالدول الأجنبية ، فإن أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة لها استخدامات أكثر في هذه المرحلة. في السنوات الأخيرة ، تم إدخال بعض المشاريع الكبرى ، مما أدى إلى تقصير الفجوة مع الدول الأجنبية. هذا جانب من جوانب تطوير إلكترونيات الطاقة. قد يكون أيضًا جانبًا رئيسيًا يعلقه مجتمع إلكترونيات الطاقة في بلدي دائمًا على الأهمية. بعد ظهور الأجهزة من نوع MOS في أوائل الثمانينيات ، وبعد أكثر من عشر سنوات من التطوير ، غطت إلكترونيات الطاقة المزيد من المجالات الأخرى ، مثل صناعة 4C (الاتصالات ، الكمبيوتر ، الأجهزة الكهربائية الاستهلاكية ، سيارات السيارات). في هذا الوقت ، يؤكد تقدم تقنيتها بشكل أقل على حجم الطاقة ، لكنه يركز على تزويد هذه الصناعات بمصادر طاقة أكثر كفاءة وصغيرة وخفيفة. إذا قلنا أن إلكترونيات الطاقة عالية الطاقة تؤكد على نظام التنفيذ ، فإن إلكترونيات الطاقة منخفضة الطاقة تؤكد على مصدر الطاقة. إذا تم تشبيه الإلكترونيات الدقيقة بالدماغ ، فإن إلكترونيات الطاقة الكبيرة تؤكد على دور اليدين والقدمين ، بينما تؤكد إلكترونيات الطاقة الصغيرة على دور القلب. من الطبيعي أن تولي جمعية إمداد الطاقة في بلدنا مزيدًا من الاهتمام لدور هذا الأخير. لكن كلاهما ينتمي إلى إلكترونيات الطاقة. أعتقد أن كلا المجتمعين سيهتمان بتطوير إلكترونيات الطاقة من جانبين. باختصار ، إنه التطوير الذي استمر عشرين عامًا للعديد من الثايرستور ، والذي أرسى أساسًا متينًا لتطوير إلكترونيات الطاقة في الصناعة والقيادة وأنظمة الطاقة. وهكذا يتم تشكيل إلكترونيات الطاقة. بعد ذلك ، شهدت العديد من الأجهزة من نوع MOS عقدين من التطوير ، والتي أرست أيضًا أساسًا قويًا لتطوير صناعة 4C. اجعل تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة خطوة كبيرة إلى الأمام. في الوقت الحالي ، نظرًا للتكامل الإضافي للإلكترونيات الدقيقة وإلكترونيات الطاقة ، تتخذ أجهزة أشباه موصلات الطاقة الخطوة الثالثة ، والتي يمكن أن تتجلى في الجوانب الثلاثة التالية: 1) يستخدم تصنيع الرقائق لأجهزة أشباه موصلات الطاقة الجديدة بشكل متزايد رقائق الدوائر المتكاملة. بمعنى آخر ، تعتمد التكنولوجيا ، أجهزة أشباه موصلات الطاقة ، تقنية الميكرون الفرعي وتتطور في اتجاه الميكرون الفرعي العميق. يجب الآن تغيير المفهوم القائل بأن أجهزة أشباه موصلات الطاقة هي مجرد تقنية منخفضة المستوى. بالطبع ، لم يستخدم تصنيع أجهزة أشباه موصلات الطاقة أحدث تقنيات المعالجة IC لهذا العام ، ولكن هذه الاختلافات جعلت من الممكن استخدام معدات أرخص ، وبالتالي خفض تكاليف التصنيع ، وهو أمر مهم جدًا لتطوير أجهزة أشباه موصلات الطاقة. 2) ليس فقط تقنية الرقاقة ، ولكن أيضًا تكنولوجيا تغليف أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية تقترب من الدوائر المتكاملة. في السنوات القليلة الماضية ، كانت النقاط الساخنة لتغليف الدوائر المتكاملة هي استخدام تقنيات BGA (Ball Grid Array) و MCM (Multi-Chip Module) ، والتي أصبحت تدريجيًا طرق التعبئة التي تعتمدها أجهزة أشباه موصلات الطاقة الجديدة. على سبيل المثال ، يستخدم كل من FlipFET و iPOWIR IR&تقنية BGA ، كما أن iPOWIR هو أيضًا أكثر تقنيات MCM نموذجية. بالطبع ، أجهزة أشباه موصلات الطاقة لها متطلبات أعلى لتبديد الحرارة من الدوائر المتكاملة. يتم استخدام تبديد الحرارة على الوجهين الذي كان شائعًا في عبوات الثايرستور في الماضي الآن في أجهزة MOS لأول مرة. DirectFET مثال على ذلك. فيما يتعلق بـ DirectFET ، ستقدم هذه المقالة مقدمة موجزة لها. 3) هناك اتجاه جديد يتمثل في أن أجهزة أشباه موصلات الطاقة والدوائر المتكاملة غالبًا ما يتم دمجها في نفس الشريحة أو نفس الحزمة. بمعنى آخر ، يتم دمج جزء التحكم الأكثر وظيفية وجزء الطاقة أو دائرة الحماية في جهاز واحد. في الماضي ، كانت الدوائر المتكاملة للطاقة التي يشير إليها الناس تشير بشكل أساسي إلى دوائر القيادة ذات الجهد العالي ، أي الدوائر المتكاملة المستخدمة لدفع MOSFETs ذات الجهد العالي أو IGBTs. ومع ذلك ، فقد تم إنتاج فئة من الدوائر المتكاملة وأجهزة الطاقة ذات الصلة تسمى إدارة الطاقة في الوقت الحاضر. قد لا يكون الجهد مرتفعًا ، ولكن تم تحسين وظيفة التحكم بشكل كبير. أكثرها شيوعًا هي بعض الأجهزة في تطبيقات DC-DC. لذلك ، فإن المفهوم القائل بأن أجهزة الطاقة تشير فقط إلى الأجهزة المنفصلة قد خضع لتغيير جوهري. على سبيل المثال ، الأجهزة المتقدمة المتعلقة بـ IC أو ذات الوظائف الخاصة التي تنتجها IR قد تجاوزت الأجهزة المنفصلة التقليدية ، وهي تتطور بشكل أكبر في اتجاه أنظمة الإنتاج&مثل ؛&مثل ؛ هناك مقولة مفادها أن إنتاج الأجهزة المتقدمة مثل الأنظمة والدوائر المتكاملة سيصبح الدعامة الأساسية في المستقبل. في عملية التطوير هذه ، أصبح مصطلح إدارة الطاقة أكثر شيوعًا. أصبحت صياغة إدارة الطاقة في الخارج شائعة جدًا ، خاصة في صناعة إلكترونيات الطاقة المتعلقة بصناعة 4C. وتيرة ظهورها أعلى من تلك الخاصة بإلكترونيات الطاقة الأصلية. غالبًا ما يطلق بعض المصنعين الأجانب على أنفسهم خبراء إدارة الطاقة. في الواقع ، لا يوجد تناقض في هذا الصدد ، لأن إدارة الطاقة هي مجرد صياغة جديدة في مجالات معينة في المرحلة الحالية من تطوير إلكترونيات الطاقة. بالمقارنة مع إلكترونيات الطاقة ، تؤكد إدارة الطاقة على&مثل ؛ الإدارة.&مثل ؛ يؤكد على وظيفة التحكم في هذا الجانب. يمكن أن تعني كلمة "القوة" الطاقة أو الكهرباء أو الطاقة. يمكن أيضًا فهم الإدارة على أنها إدارة أو معالجة. لذلك ، يمكن أن يكون هناك العديد من الترجمات الصينية. ومع ذلك ، ظهرت الأحرف الصينية الأربعة لإدارة الطاقة في الصين عدة مرات ، مما قد يضيف بعض المشاكل إلى اللغة القياسية. ومع ذلك ، فإن العديد من المصطلحات الأجنبية لها عملية تطوير خاصة بها ، وغالبًا ما تظهر العديد من المصطلحات الجديدة. يجب أن يكون لدينا فهم أعمق لظهور هذه المصطلحات الجديدة من منظور تقني. اعتاد تحويل الطاقة (تحويل الطاقة) أن يكون مرادفًا تقريبًا لإلكترونيات الطاقة. قامت مجلة أجنبية ذات مرة بتغيير عنوان Power Electronics to Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). لكن تحويل الطاقة لا يمكن أن يشمل إدارة الطاقة في إلكترونيات الطاقة. مثل تعديل عامل الطاقة * ومنظم التسرب المنخفض (LDO) وما إلى ذلك. يستخدم LDO على نطاق واسع في إمدادات طاقة الكمبيوتر كتعديل وتثبيت للجهد في نطاق صغير. إنه IC ويتضمن أيضًا أجهزة طاقة. على سبيل المثال ، في مصدر طاقة AC-DC ، يمكن أن يكون هناك جهاز طاقة مزود بـ PWM والجهد الصفري قيد التشغيل ، وهو أيضًا IC. يطلق عليه التبديل المتكامل في الأشعة تحت الحمراء. هذه أمثلة نموذجية للجمع بين أجهزة IC والطاقة. هذا الربيع ، في أول اجتماع ومعرض لتقرير PCIM&# 39 ؛ أقيم في الصين ، قدمت مرة تقريرًا عن DirectFET نيابة عن زميل في IR. هذه نقطة ساخنة جديدة لـ IR. أود أن أقدم هنا مقدمة موجزة عن هذا الجهاز. كما تعلمون جميعًا ، هناك بالفعل العديد من أجهزة الطاقة التي تستخدم التثبيت السطحي. لكن أشكال التعبئة هذه تتبع عمومًا التغليف الأصلي للدوائر المتكاملة. لذلك ، من منظور تبديد الحرارة ، ليس بالضرورة أنسب أجهزة الطاقة. DirectFET هي المرة الأولى التي يتم فيها إدخال تبديد الحرارة على الوجهين لأجهزة الطاقة في الأجهزة المثبتة على السطح. حجم DirectFET يكافئ علبة SO-8 ، لكن مقاومة العلبة نفسها لا تتعدى 0.1 ملي أوم ، بينما SO-8 هي 1.5 ملي أوم. لذلك ، تتم مضاعفة الكثافة الحالية للجهاز ، ويتم تقليل مساحة لوحة الدائرة بنسبة 50٪ مقارنةً بإسكان SO-8 الأصلي. يمكن لمحول باك متزامن يتكون من زوج من DirectFET (التحكم FET و FET المتزامن) توفير 30 أمبير من التيار عند 1.3 فولت. يلبي نظام الطاقة الناتج متطلبات إدارة الطاقة لأحدث معالج Intel 64 بت Itanium2. الرجوع إلى الشكل 1 لظهور DirectFET. يوضح الشكل جانبي الجهاز ، يمكن لجانب واحد رؤية بوابة وجزءان من مصدر الرصاص ، وسيتم لحامهما مباشرة على لوحة الدائرة. والجانب الآخر عبارة عن غطاء نحاسي وهو الصرف والجانب الآخر يمكنه تبديد الحرارة. يوضح الشكل 2 عرض المقطع العرضي لـ DirectFET ، بحيث يمكنك فهم هيكلها بشكل أكثر وضوحًا. بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على الأجهزة عالية الطاقة ، سيشعرون بأنه جديد جدًا: DirectFET بحجم 5x6.35x0.7mm فقط. سيتم استخدام هذا الجهاز في أجهزة الكمبيوتر الدفتري المتطورة ، ووحدات تعديل الجهد للخوادم ، ومحطات العمل والمضيفين ، وأنظمة الاتصالات والبيانات المتقدمة. أود أن أقدم بإيجاز مزيجًا من أجهزة IC والطاقة في وحدات الطاقة في نهاية هذه المقالة. يمكن القول أن هذا هو مزيج من الإلكترونيات الدقيقة وإلكترونيات الطاقة للحصول على طاقة أعلى. الجميع على دراية بـ IPM ، وحدة IGBT ذات الذكاء المستخدم بشكل شائع في مكيفات الهواء. إنها في الواقع وحدة IGBT مع سائق IC. تظهر الوحدات المحدثة حاليًا واحدة تلو الأخرى ، وتشكل عائلة كبيرة وفقًا للاحتياجات المختلفة. على سبيل المثال ، يشير PI-IPM إلى IPM المعزول والقابل للبرمجة. يتم استخدام DSP في هذه الوحدة ، ويمكن كتابة البرنامج. سأقدم مقدمة خاصة لهذه العائلة الكبيرة في المستقبل.