Electrónica de potencia y gestión de energía

La electrónica de potencia se formó en la década de 1970. Antes de esto, la gente lo llamaba tecnología de corriente variable o tecnología de conversión de energía. Se desarrolla a partir de la tecnología de rectificación de las décadas de 1940 y 1950. Al principio de esta industria, hay Xi&# 39, un Instituto de Investigación de Rectificadores, las principales fábricas de rectificadores en todo el país, la Compañía Internacional de Rectificadores en los Estados Unidos, etc. El predecesor de Xi&# 39, un Instituto de Investigación de Rectificadores, el Laboratorio de Investigación de Semiconductores del Instituto de Investigación de Equipos Eléctricos del Ministerio de Maquinaria es la primera unidad dedicada a los semiconductores de potencia en China. La International Rectifier Company, establecida en 1947, también se considera la primera empresa de semiconductores de los Estados Unidos. Cuando el tiristor se convierte en una familia numerosa, cuando se desarrollan gradualmente algunos dispositivos con un tiempo de apagado corto o fácil de apagar, la aplicación del inversor se eleva gradualmente a la aplicación dominante. En este momento, la comunidad académica propuso que debería haber una nueva disciplina para clasificar este desarrollo. Entonces, hay electrónica de potencia en relación con la electrónica de información. El primero se ocupa de la información y el segundo se ocupa del poder. También se han introducido en este tema más teoría del control automático y nueva tecnología electrónica. En ese momento, la dirección de la aplicación se centró en aplicaciones industriales, arrastre de vehículos y sistemas de energía, por lo que la gente está más preocupada por el desarrollo de la dirección de alta potencia. Por ejemplo, aunque los tiristores bidireccionales se han utilizado ampliamente en electrodomésticos, China todavía bloqueó el desarrollo de tiristores bidireccionales en la dirección de las aplicaciones industriales en la década de 1970. Después de eso, no se convirtió en un tiristor bidireccional para electrodomésticos. En términos de semiconductores de alta potencia, la brecha entre China y los países extranjeros no ha sido muy grande. Debido a las enormes necesidades de infraestructura de China &, en comparación con los países extranjeros, los dispositivos semiconductores de alta potencia tienen más usos en esta etapa. En los últimos años, se han introducido algunos proyectos importantes, lo que ha acortado aún más la brecha con países extranjeros. Este es un aspecto del desarrollo de la electrónica de potencia. También puede ser un aspecto importante al que la Sociedad de Electrónica de Potencia de mi país siempre ha concedido importancia. Después del auge de los dispositivos de tipo MOS a principios de la década de 1980, después de más de diez años de desarrollo, la electrónica de potencia ha cubierto otros campos, como la industria de las 4C (comunicación, informática, electrodomésticos de consumo, automóviles). En este momento, el avance de su tecnología enfatiza menos el tamaño de la energía, pero se enfoca en proporcionar a estas industrias fuentes de energía más eficientes, pequeñas y livianas. Si decimos que la electrónica de potencia de alta potencia enfatiza el sistema de ejecución, la electrónica de potencia de baja potencia enfatiza la fuente de alimentación. Si se compara la microelectrónica con el cerebro, la electrónica de potencia grande enfatiza el papel de las manos y los pies, mientras que la electrónica de potencia pequeña enfatiza el papel del corazón. La Sociedad de Suministro de Energía de nuestro país, naturalmente, prestará más atención al papel de este último. Pero ambos pertenecen a la electrónica de potencia. Creo que ambas sociedades se preocuparán por el desarrollo de la electrónica de potencia en dos aspectos. En resumen, es el desarrollo de veinte años de varios tiristores, lo que ha sentado una base sólida para el desarrollo de la electrónica de potencia en la industria, la conducción y los sistemas de potencia. Se forma así la electrónica de potencia. Después de eso, varios dispositivos de tipo MOS han experimentado dos décadas de desarrollo, lo que también sentó una base sólida para el desarrollo de la industria 4C. Haga de la tecnología de la electrónica de potencia un gran paso adelante. En la actualidad, debido a la mayor integración de la microelectrónica y la electrónica de potencia, los dispositivos semiconductores de potencia están dando el tercer paso, que puede manifestarse en los siguientes tres aspectos: 1) La fabricación de chips de nuevos dispositivos semiconductores de potencia utiliza cada vez más chips de circuitos integrados. La tecnología, en otras palabras, los dispositivos semiconductores de potencia están adoptando tecnología submicrónica y desarrollándose en la dirección de submicrones profundos. El concepto de que los dispositivos semiconductores de potencia son solo una tecnología de bajo nivel debería cambiarse ahora. Por supuesto, la fabricación de dispositivos semiconductores de potencia no utilizó la tecnología de proceso IC más avanzada del año, pero estas diferencias hicieron posible utilizar equipos más baratos, reduciendo así los costos de fabricación, lo cual es muy importante para el desarrollo de dispositivos semiconductores de potencia. 2) No solo la tecnología de chips, sino también la tecnología de empaquetado de dispositivos semiconductores de potencia se está acercando a los circuitos integrados. En los últimos años, los puntos calientes para el empaquetado de circuitos integrados han sido el uso de tecnologías BGA (Ball Grid Array) y MCM (Multi-Chip Module), que se han convertido gradualmente en los métodos de empaquetado adoptados por los nuevos dispositivos semiconductores de potencia. Por ejemplo, FlipFET e iPOWIR de IR&utilizan tecnología BGA, e iPOWIR es también la tecnología MCM más típica. Por supuesto, los dispositivos semiconductores de potencia tienen mayores requisitos de disipación de calor que los circuitos integrados. La disipación de calor de doble cara común en los empaques de tiristores en el pasado ahora se usa en dispositivos MOS por primera vez, y DirectFET es un ejemplo. Con respecto a DirectFET, este artículo le dará una breve introducción. 3) Una nueva tendencia es que los dispositivos semiconductores de potencia y los circuitos integrados a menudo se combinan en el mismo chip o en el mismo paquete. En otras palabras, la parte de control más funcional y la parte de potencia, o circuito de protección, se combinan en un solo dispositivo. En el pasado, los circuitos integrados de potencia a los que se refiere la gente se refieren principalmente a circuitos de accionamiento de alto voltaje, es decir, circuitos integrados utilizados para impulsar MOSFET o IGBT de alto voltaje. Sin embargo, en la actualidad se ha producido una clase de circuitos integrados y dispositivos de energía relacionados denominados administración de energía. Es posible que el voltaje no sea alto, pero la función de control se ha mejorado considerablemente. Los más típicos son algunos dispositivos en aplicaciones DC-DC. Por lo tanto, el concepto de que los dispositivos de potencia solo se refieren a dispositivos discretos ha sufrido un cambio fundamental. Por ejemplo, los dispositivos avanzados relacionados con IC o con funciones especiales producidos por IR han superado a los dispositivos discretos convencionales y se están desarrollando aún más en la dirección de los sistemas de producción &." Se dice que la producción de dispositivos avanzados, como sistemas y circuitos integrados, se convertirá en el pilar del futuro. En un proceso de desarrollo de este tipo, el término Administración de energía se ha vuelto cada vez más común. La formulación de la gestión de energía en el extranjero se ha vuelto bastante popular, especialmente en la industria de la electrónica de potencia relacionada con la industria de 4C. La frecuencia de su aparición es incluso mayor que la de la electrónica de potencia original. Algunos fabricantes extranjeros a menudo se llaman a sí mismos expertos en administración de energía. De hecho, no existe ninguna contradicción a este respecto, porque la gestión de energía es solo una nueva formulación en ciertos campos en la etapa actual de desarrollo de la electrónica de potencia. En comparación con la electrónica de potencia, la gestión de potencia enfatiza la gestión de" ;." Destaca la función de controlar este aspecto. La palabra Poder puede significar poder, electricidad o poder. La gestión también puede entenderse como gestión o procesamiento. Por lo tanto, puede haber muchos tipos de traducciones al chino. Sin embargo, los cuatro caracteres chinos para la administración de energía han aparecido en China muchas veces, lo que puede agregar algunos problemas al idioma estándar. Sin embargo, muchos términos extranjeros tienen su propio proceso de desarrollo y, a menudo, aparecen muchos términos nuevos. Deberíamos tener una comprensión más profunda del surgimiento de estos nuevos términos desde una perspectiva técnica. Power Conversion (Conversión de energía) solía ser casi sinónimo de electrónica de potencia. Una revista extranjera cambió una vez el título de Power Electronics a Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Pero la conversión de energía no puede' no todos incluyen la administración de energía en la electrónica de potencia. Como el ajuste del factor de potencia * y el regulador de baja caída (LDO), etc. LDO se usa ampliamente en la fuente de alimentación de computadoras como ajuste y estabilización de voltaje de rango pequeño. Es un IC y también incluye dispositivos de potencia. Por ejemplo, en una fuente de alimentación de CA-CC, puede haber un dispositivo de alimentación con PWM y encendido de voltaje cero, que también es un IC. Se llama Interruptor Integrado en IR. Estos son ejemplos típicos de la combinación de IC y dispositivos de potencia. Esta primavera, en la primera reunión y exposición de informes de PCIM&celebrada en China, una vez presenté un informe sobre DirectFET en nombre de un colega de IR. Este es un nuevo punto de acceso para IR. Me gustaría dar una breve introducción a este dispositivo aquí. Como todos saben, ya hay muchos dispositivos de alimentación que utilizan montaje en superficie. Pero esas formas de empaque generalmente siguen el empaque original de los circuitos integrados. Por lo tanto, desde la perspectiva de la disipación de calor, no es necesariamente el más adecuado para dispositivos de potencia. DirectFET es la primera vez que se introduce la disipación de calor de doble cara de los dispositivos de potencia en los dispositivos de montaje en superficie. El tamaño del DirectFET es equivalente al de la carcasa SO-8, pero la resistencia de la carcasa en sí es de solo 0,1 miliohms, mientras que el SO-8 es de 1,5 miliohms. Por lo tanto, la densidad de corriente del dispositivo se duplica y el área de la placa de circuito se reduce en un 50% en comparación con la carcasa SO-8 original. Un convertidor reductor síncrono compuesto por un par de DirectFET (control FET y FET síncrono) puede proporcionar 30 amperios de corriente a 1,3 voltios. El sistema de energía resultante cumple con los requisitos de administración de energía del último procesador Intel de 64 bits, Itanium2. Consulte la Figura 1 para ver la apariencia de DirectFET. La figura muestra los dos lados del dispositivo, un lado puede ver una puerta y dos partes de salida de la fuente, se soldarán directamente en la placa de circuito. El otro lado es una cubierta de cobre, que es el desagüe y el otro lado que puede disipar el calor. La Figura 2 muestra una vista en sección transversal de DirectFET, para que pueda comprender su estructura con mayor claridad. Para aquellos que están acostumbrados a los dispositivos de alta potencia, se sentirá muy nuevo: DirectFET tiene un tamaño de solo 5x6,35x0,7 mm. Este dispositivo se utilizará en computadoras portátiles de alta gama, módulos de modulación de voltaje de servidores, estaciones de trabajo y hosts, y sistemas avanzados de comunicación y datos. Me gustaría presentar brevemente la combinación de IC y dispositivos de potencia en módulos de potencia al final de este artículo. Se puede decir que se trata de una combinación de microelectrónica y electrónica de potencia para una mayor potencia. Todo el mundo está familiarizado con IPM, el módulo IGBT con inteligencia comúnmente utilizado en aires acondicionados. En realidad, es un módulo IGBT con un controlador IC. Los módulos actualmente actualizados van surgiendo uno tras otro, formando una gran familia según diferentes necesidades. Por ejemplo, PI-IPM se refiere a IPM programable y aislado. En este módulo se utiliza DSP y se puede escribir software. Daré una introducción especial a esta gran familia en el futuro.