Eletrônica de energia e gerenciamento de energia

A eletrônica de potência foi formada na década de 1970. Antes disso, as pessoas a chamavam de tecnologia de corrente variável ou tecnologia de conversão de energia. É desenvolvido a partir da tecnologia de retificação nas décadas de 1940 e 1950. No início desta indústria, existem Xi' um Rectifier Research Institute, as principais fábricas de retificadores em todo o país, a International Rectifier Company nos Estados Unidos e assim por diante. O predecessor do Xi' um Rectifier Research Institute, o Semiconductor Research Laboratory do Electrical Equipment Research Institute do Ministry of Machinery é a primeira unidade envolvida em semicondutores de potência na China. The International Rectifier Company, fundada em 1947, também é considerada a primeira empresa de semicondutores nos Estados Unidos. Quando o tiristor se desenvolve em uma grande família, quando alguns dispositivos com tempo de desligamento curto ou fácil de desligar são gradualmente desenvolvidos, a aplicação do inversor gradualmente sobe para a aplicação dominante. Nesse momento, a comunidade acadêmica propôs que houvesse uma nova disciplina para classificar esse desenvolvimento. Portanto, existe a eletrônica de potência em relação à eletrônica da informação. O primeiro lida com informação e o último lida com poder. Mais teoria de controle automático e nova tecnologia eletrônica também foram introduzidas neste assunto. Naquela época, a direção de aplicação focada em aplicações industriais, arrasto de veículos e sistemas de energia, então as pessoas estão mais preocupadas com o desenvolvimento de direção de alta potência. Por exemplo, embora os tiristores bidirecionais tenham sido amplamente usados ​​em eletrodomésticos, a China ainda travou o desenvolvimento de tiristores bidirecionais na direção de aplicações industriais na década de 1970. Depois disso, não se desenvolveu em um tiristor bidirecional para eletrodomésticos. Em termos de semicondutores de alta potência, a diferença entre a China e os países estrangeiros não é muito grande. Devido às enormes necessidades de infraestrutura da China' em comparação com países estrangeiros, os dispositivos semicondutores de alta potência têm mais utilizações nesta fase. Nos últimos anos, alguns projetos importantes foram introduzidos, o que reduziu ainda mais a lacuna com países estrangeiros. Este é um aspecto do desenvolvimento da eletrônica de potência. Pode ser também um aspecto importante ao qual a Power Electronics Society do meu país sempre atribuiu importância. Após a ascensão dos dispositivos do tipo MOS no início dos anos 1980, após mais de dez anos de desenvolvimento, a eletrônica de potência cobriu mais outros campos, como a indústria 4C (comunicação, informática, aparelhos elétricos de consumo, automóveis). Neste momento, o avanço de sua tecnologia enfatiza menos o tamanho da energia, mas se concentra em fornecer a essas indústrias fontes de energia mais eficientes, pequenas e leves. Se dissermos que a eletrônica de alta potência enfatiza o sistema de execução, a eletrônica de baixa potência enfatiza a fonte de alimentação. Se a microeletrônica for comparada ao cérebro, a grande eletrônica de potência enfatiza o papel das mãos e dos pés, enquanto a pequena eletrônica de potência enfatiza o papel do coração. A Power Supply Society do nosso país irá naturalmente prestar mais atenção ao papel deste último. Mas ambos pertencem à eletrônica de potência. Eu acredito que ambas as sociedades irão se preocupar com o desenvolvimento da eletrônica de potência em dois aspectos. Em resumo, é o desenvolvimento de vinte anos de vários tiristores, que estabeleceu uma base sólida para o desenvolvimento da eletrônica de potência na indústria, na direção e nos sistemas de potência. A eletrônica de potência é assim formada. Depois disso, vários dispositivos do tipo MOS passaram por duas décadas de desenvolvimento, o que também estabeleceu uma base sólida para o desenvolvimento da indústria 4C. Faça da tecnologia de eletrônica de potência um grande passo à frente. No momento, devido à maior integração da microeletrônica e da eletrônica de potência, os dispositivos semicondutores de potência estão dando o terceiro passo, que pode ser manifestado nos seguintes três aspectos: 1) A fabricação de chips de novos dispositivos semicondutores de potência está cada vez mais usando chips de circuito integrado. A tecnologia, em outras palavras, os dispositivos semicondutores de potência estão adotando a tecnologia submícron e se desenvolvendo na direção do submícron profundo. O conceito de que os dispositivos semicondutores de potência são apenas uma tecnologia de baixo nível deve agora ser mudado. É claro que a fabricação de dispositivos semicondutores de potência não utilizou a tecnologia de processo de IC mais avançada do ano, mas essas diferenças possibilitaram o uso de equipamentos mais baratos, reduzindo assim os custos de fabricação, o que é muito importante para o desenvolvimento de dispositivos semicondutores de potência. 2) Não apenas a tecnologia de chip, mas também a tecnologia de empacotamento de dispositivos de semicondutores de potência está se aproximando de circuitos integrados. Nos últimos anos, os pontos principais para o empacotamento de circuitos integrados têm sido o uso das tecnologias BGA (Ball Grid Array) e MCM (Multi-Chip Module), que gradualmente se tornaram os métodos de empacotamento adotados por novos dispositivos semicondutores de potência. Por exemplo, IR' s FlipFET e iPOWIR usam tecnologia BGA, e iPOWIR também é a tecnologia MCM mais típica. Obviamente, os dispositivos semicondutores de potência têm requisitos mais elevados de dissipação de calor do que os circuitos integrados. A dissipação de calor de dupla face comum em embalagens de tiristores no passado agora é usada em dispositivos MOS pela primeira vez, e o DirectFET é um exemplo. Com relação ao DirectFET, este artigo fará uma breve introdução a ele. 3) Uma nova tendência é que dispositivos semicondutores de potência e circuitos integrados são frequentemente combinados no mesmo chip ou no mesmo pacote. Em outras palavras, a parte de controle mais funcional e a parte de potência, ou circuito de proteção, são combinados em um dispositivo. No passado, os circuitos integrados de energia aos quais as pessoas se referem se referem principalmente a circuitos de acionamento de alta tensão, ou seja, circuitos integrados usados ​​para acionar MOSFETs ou IGBTs de alta tensão. No entanto, uma classe de circuitos integrados e dispositivos de energia relacionados, chamados de gerenciamento de energia, foram produzidos atualmente. A tensão pode não ser alta, mas a função de controle é bastante aprimorada. Os mais comuns são alguns dispositivos em aplicativos DC-DC. Portanto, o conceito de que dispositivos de energia se referem apenas a dispositivos discretos sofreu uma mudança fundamental. Por exemplo, dispositivos avançados relacionados a IC ou com funções especiais produzidas por IR ultrapassaram os dispositivos discretos convencionais e estão se desenvolvendo ainda mais na direção de sistemas de produção &." Há um ditado que diz que a produção de dispositivos avançados, como sistemas e ICs, se tornará o esteio no futuro. Nesse processo de desenvolvimento, o termo Gerenciamento de energia se tornou cada vez mais comum. A formulação de gerenciamento de energia no exterior tornou-se bastante popular, especialmente na indústria de eletrônicos de potência relacionada à indústria 4C. A frequência de seu aparecimento é ainda mais alta do que a da eletrônica de potência original. Alguns fabricantes estrangeiros costumam se autodenominar especialistas em gerenciamento de energia. Na verdade, não há contradição a esse respeito, porque o gerenciamento de energia é apenas uma nova formulação em certos campos no estágio atual de desenvolvimento da eletrônica de potência. Comparado com a eletrônica de potência, o gerenciamento de energia enfatiza o gerenciamento" ;." Enfatiza a função de controlar este aspecto. A palavra Power pode significar poder, eletricidade ou poder. A gestão também pode ser entendida como gestão ou processamento. Portanto, pode haver muitos tipos de traduções em chinês. No entanto, os quatro caracteres chineses para gerenciamento de energia apareceram na China muitas vezes, o que pode adicionar alguns problemas ao idioma padrão. No entanto, muitos termos estrangeiros têm seu próprio processo de desenvolvimento e muitos termos novos costumam aparecer. Devemos ter uma compreensão mais profunda do surgimento desses novos termos de uma perspectiva técnica. Conversão de potência (Power Conversion) costumava ser quase sinônimo de eletrônica de potência. Uma revista estrangeira certa vez mudou o título de Power Electronics para Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Mas a conversão de energia não pode' nem incluir gerenciamento de energia na eletrônica de energia. Tal como ajuste do fator de potência * e regulador de baixa queda (LDO) e assim por diante. LDO é amplamente utilizado no fornecimento de energia de computador como um ajuste e estabilização de voltagem de pequeno alcance. É um IC e também inclui dispositivos de alimentação. Por exemplo, em uma fonte de alimentação AC-DC, pode haver um dispositivo de alimentação com PWM e tensão zero ligada, que também é um IC. É chamado de Switch integrado em IR. Estes são exemplos típicos da combinação de IC e dispositivos de alimentação. Nesta primavera, na primeira reunião e exposição de relatório da PCIM&# 39 realizada na China, uma vez apresentei um relatório sobre DirectFET em nome de um colega de RI. Este é um novo ponto de acesso para RI. Eu gostaria de dar uma breve introdução a este dispositivo aqui. Como todos sabem, já existem muitos dispositivos de alimentação com montagem em superfície. Mas essas formas de embalagem geralmente seguem a embalagem original dos circuitos integrados. Portanto, do ponto de vista da dissipação de calor, não é necessariamente o mais adequado para dispositivos de alimentação. O DirectFET é a primeira vez que a dissipação de calor nos dois lados dos dispositivos de energia foi introduzida em dispositivos de montagem em superfície. O tamanho do DirectFET é equivalente ao do case SO-8, mas a resistência do case em si é de apenas 0,1 miliohms, enquanto o SO-8 é de 1,5 miliohms. Portanto, a densidade de corrente do dispositivo é duplicada e a área da placa de circuito é reduzida em 50% em comparação com o invólucro SO-8 original. Um conversor buck síncrono composto por um par de DirectFETs (FET de controle e FET síncrono) pode fornecer 30 amperes de corrente a 1,3 volts. O sistema de energia resultante atende aos requisitos de gerenciamento de energia do mais recente processador de 64 bits da Intel, Itanium2. Consulte a Figura 1 para ver a aparência do DirectFET. A figura mostra os dois lados do dispositivo, um lado pode ver uma porta e duas peças de saída da fonte, elas serão soldadas diretamente na placa de circuito. O outro lado é uma tampa de cobre, que é o ralo e o outro lado que pode dissipar o calor. A Figura 2 mostra uma visão transversal do DirectFET, para que você possa entender sua estrutura com mais clareza. Para aqueles que estão acostumados com dispositivos de alta potência, será uma sensação muito nova: o DirectFET tem apenas 5x6,35x0,7 mm de tamanho. Este dispositivo será usado em notebooks de última geração, módulos de modulação de tensão de servidores, estações de trabalho e hosts e sistemas avançados de comunicação e dados. Eu gostaria de apresentar brevemente a combinação de IC e dispositivos de energia em módulos de energia no final deste artigo. Pode-se dizer que esta é uma combinação de microeletrônica e eletrônica de potência para maior potência. Todos estão familiarizados com o IPM, o módulo IGBT com inteligência comumente usado em aparelhos de ar condicionado. Na verdade, é um módulo IGBT com um driver IC. Os módulos atualmente atualizados vão surgindo um após o outro, formando uma grande família de acordo com as diferentes necessidades. Por exemplo, PI-IPM se refere a IPM programável e isolado. O DSP é usado neste módulo e o software pode ser escrito. Eu darei uma introdução especial a esta grande família no futuro.