Elektr energiyasi va quvvatni boshqarish

Quvvatli elektronika 1970-yillarda shakllangan. Bundan oldin odamlar uni o'zgaruvchan tok texnologiyasi yoki quvvatni konversion texnologiyasi deb atashgan. U 1940 va 50-yillarda rektifikatsiya texnologiyasidan ishlab chiqilgan. Ushbu sanoatning dastlabki davrida Xi' Rectifier tadqiqot instituti, mamlakat bo'ylab yirik rektifikator zavodlari, Qo'shma Shtatlardagi International Rectifier Company va boshqalar mavjud. Xi&# 39 ning oldingi vakili; Rectifier tadqiqot instituti, Mashinasozlik Vazirligi Elektr uskunalari ilmiy-tadqiqot institutining yarimo'tkazgichlar ilmiy-tadqiqot laboratoriyasi - bu Xitoyda yarimo'tkazgichlar bilan ishlaydigan eng qadimgi birlik. 1947 yilda tashkil etilgan Xalqaro Rectifier kompaniyasi ham AQShdagi eng yarim o'tkazgichli kompaniya hisoblanadi. Tiristor katta oilaga aylanganda, o'chirish vaqti qisqa yoki o'chirilishi oson bo'lgan ba'zi qurilmalar asta-sekin ishlab chiqilganda, inverter dasturi asta-sekin dominant dasturga ko'tariladi. Ayni paytda akademik hamjamiyat ushbu rivojlanishni tasniflash uchun yangi intizom bo'lishi kerakligini taklif qildi. Shunday qilib, axborot elektronikasiga nisbatan quvvat elektroniği mavjud. Birinchisi ma'lumot bilan, ikkinchisi kuch bilan shug'ullanadi. Avtomatik boshqarish nazariyasi va yangi elektron texnologiyalar ham ushbu mavzuga kiritilgan. O'sha paytda dastur yo'nalishi sanoat dasturlariga, transport vositalarini tortib olish va quvvat tizimlariga yo'naltirilgan edi, shuning uchun odamlar eng yuqori quvvat yo'nalishini rivojlantirishdan xavotirda. Masalan, ikki tomonlama tiristorlar maishiy texnikada keng qo'llanilgan bo'lsa-da, Xitoy 70-yillarda sanoat yo'nalishi bo'yicha ikki tomonlama tiristorlarning rivojlanishini hanuzgacha blokirovka qildi. Shundan so'ng, u maishiy texnika uchun ikki tomonlama tiristorga aylanmadi. Yuqori quvvatli yarimo'tkazgichlar nuqtai nazaridan Xitoy va xorijiy davlatlar o'rtasidagi farq juda katta bo'lmagan. Xitoy&# 39 ning ulkan infratuzilma ehtiyojlari tufayli, xorijiy mamlakatlar bilan taqqoslaganda, ushbu bosqichda yuqori quvvatli yarimo'tkazgich qurilmalari ko'proq foydalanishga ega. So'nggi yillarda ba'zi yirik loyihalar joriy etildi, bu esa xorijiy mamlakatlar bilan tafovutni yanada qisqartirdi. Bu kuch elektronikasini rivojlantirishning bir jihati. Bundan tashqari, bu mening mamlakatim Power Electronics Society har doim muhim bo'lgan muhim jihati bo'lishi mumkin. 1980-yillarning boshlarida MOS tipidagi qurilmalar paydo bo'lganidan so'ng, o'n yildan ziyod rivojlanishdan so'ng, elektr elektroniği boshqa sohalarni qamrab oldi, masalan, 4C sanoati (Aloqa, kompyuter, iste'molchilar uchun elektr jihozlari, avtomobillar). Hozirgi vaqtda uning texnologiyasining rivojlanishi kuchning hajmini kamroq ta'kidlaydi, ammo ushbu tarmoqlarni yanada samarali, kichik va engil quvvat manbalari bilan ta'minlashga qaratilgan. Agar yuqori quvvatli elektr elektronika ijro etuvchi tizimni ta'kidlaydi deb aytsak, kam quvvatli elektronika elektr ta'minotini ta'kidlaydi. Agar mikroelektronika miyaga taqqoslansa, katta quvvatli elektronika qo'llar va oyoqlarning, kichik quvvatli elektronlar esa yurakning rolini ta'kidlaydi. Mamlakatimiz elektr ta'minoti jamiyati tabiiy ravishda ikkinchisining roliga ko'proq e'tibor qaratadi. Ammo ikkalasi ham quvvat elektronikasiga tegishli. Menimcha, ikkala jamiyat ham elektr elektronikasini ikki jihatdan rivojlantirishga g'amxo'rlik qiladi. Xulosa qilib aytganda, bu sanoatda, haydovchilikda va energiya tizimlarida elektr elektronikasini rivojlantirish uchun mustahkam poydevor yaratgan turli xil tiristorlarning yigirma yillik rivojlanishi. Shunday qilib kuch elektroniği shakllanadi. Shundan so'ng, har xil MOS tipidagi qurilmalar yigirma yillik rivojlanishni boshdan kechirdilar, bu ham 4C sanoatining rivojlanishi uchun mustahkam poydevor yaratdi. Quvvatli elektronika texnologiyasini oldinga katta qadam qo'ying. Hozirgi vaqtda mikroelektronika va elektr elektronikasini yanada integratsiyalashuvi tufayli kuch o'tkazuvchi yarimo'tkazgichli qurilmalar uchinchi bosqichni amalga oshirmoqdalar, bu quyidagi uchta jihatda namoyon bo'lishi mumkin: 1) yangi quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalarning chip ishlab chiqarilishi tobora ko'proq integral mikrosxemalardan foydalanilmoqda. Texnologiya, boshqacha qilib aytganda, quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalar sub-mikronli texnologiyalarni o'zlashtirmoqda va chuqur sub-mikron yo'nalishi bo'yicha rivojlanmoqda. Yarimo'tkazgichli qurilmalar faqat past darajadagi texnologiya degan tushunchani endi o'zgartirish kerak. Albatta, yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarishda yilning eng ilg'or IC texnologiyasi qo'llanilmagan, ammo bu farqlar arzonroq uskunalardan foydalanishga imkon berdi va shu bilan ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirdi, bu esa yarimo'tkazgichli qurilmalarning rivojlanishi uchun juda muhimdir. 2) Faqat chip texnologiyasi emas, balki yarimo'tkazgichli qurilmaning qadoqlash texnologiyasi ham integral mikrosxemalarga yaqinlashmoqda. So'nggi bir necha yil ichida integral mikrosxemalar uchun qadoqlash joylari BGA (Ball Grid Array) va MCM (Multi-Chip Module) texnologiyalaridan foydalanish bo'lib, ular asta-sekin yangi yarimo'tkazgichli qurilmalar tomonidan qadoqlash usullariga aylandi. Masalan, IR&# 39 ning FlipFET va iPOWIR ikkalasi ham BGA texnologiyasidan foydalanadi va iPOWIR ham eng odatiy MCM texnologiyasidir. Albatta, quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalar issiqlik tarqalishida integral mikrosxemalarga qaraganda yuqori talablarga ega. Ilgari tiristorli qadoqlashda keng tarqalgan ikki tomonlama issiqlik tarqalishi hozirda birinchi marta MOS qurilmalarida qo'llanilmoqda va DirectFET bunga misoldir. DirectFET haqida, ushbu maqola u haqida qisqacha ma'lumot beradi. 3) Yangi tendentsiya shundan iboratki, quvvatli yarimo'tkazgichli qurilmalar va integral mikrosxemalar ko'pincha bir xil chipda yoki bir xil paketda birlashtiriladi. Boshqacha qilib aytganda, ko'proq funktsional boshqaruv qismi va quvvat qismi yoki himoya qilish davri bitta qurilmada birlashtirilgan. Ilgari, odamlar nazarda tutadigan quvvatli integral mikrosxemalar asosan yuqori kuchlanishli qo'zg'alish davrlarini, ya'ni yuqori voltli MOSFET yoki IGBTlarni boshqarish uchun ishlatiladigan integral mikrosxemalarni nazarda tutadi. Shu bilan birga, hozirgi vaqtda quvvatni boshqarish deb ataladigan integral mikrosxemalar va tegishli quvvat moslamalari sinfi ishlab chiqarilgan. Kuchlanish yuqori bo'lmasligi mumkin, ammo boshqarish funktsiyasi juda kuchaygan. Odatda, DC-DC dasturidagi ba'zi qurilmalar. Shu sababli, quvvat moslamalari faqat diskret qurilmalarga tegishli degan tushuncha tub o'zgarishlarga duch keldi. Masalan, IC bilan bog'liq bo'lgan yoki IQ tomonidan ishlab chiqarilgan maxsus funktsiyalarga ega bo'lgan zamonaviy qurilmalar odatdagi diskret qurilmalardan oshib ketdi va ishlab chiqarish yo'nalishi bo'yicha yanada rivojlanmoqda" tizimlari.&tirnoq; Tizimlar va IClar kabi zamonaviy qurilmalarni ishlab chiqarish kelajakda asosiy tayanchga aylanadi degan gap bor. Bunday rivojlanish jarayonida Power Management atamasi tobora keng tarqalgan. Chet elda energiya boshqaruvini shakllantirish, ayniqsa, 4C sanoatiga tegishli elektr elektron sanoatida juda mashhur bo'ldi. Uning paydo bo'lish chastotasi asl quvvat elektronikasidan ham yuqori. Ba'zi xorijiy ishlab chiqaruvchilar ko'pincha o'zlarini elektr energiyasini boshqarish bo'yicha mutaxassislar deb atashadi. Aslida, bu borada hech qanday qarama-qarshilik yo'q, chunki quvvatni boshqarish - bu elektrotexnika rivojlanishining hozirgi bosqichida ma'lum sohalarda yangi formulalar. Elektr energiyasi bilan taqqoslaganda, quvvatni boshqarish" boshqaruvini ta'kidlaydi.&tirnoq; Ushbu jihatni boshqarish funktsiyasini ta'kidlaydi. Quvvat so'zi kuch, elektr yoki quvvatni anglatishi mumkin. Menejmentni boshqarish yoki qayta ishlash deb ham tushunish mumkin. Shuning uchun xitoycha tarjimalarning ko'p turlari bo'lishi mumkin. Biroq, Xitoyda quvvatni boshqarish uchun to'rtta xitoycha belgilar ko'p marta paydo bo'lgan, bu standart tilga biroz muammo tug'dirishi mumkin. Biroq, ko'plab xorijiy atamalar o'zlarining rivojlanish jarayonlariga ega va ko'pincha ko'plab yangi atamalar paydo bo'ladi. Ushbu yangi atamalarning paydo bo'lishi haqida texnik nuqtai nazardan chuqurroq tushunishimiz kerak. Quvvatni aylantirish (quvvatni o'zgartirish) ilgari elektr energiyasining deyarli sinonimi bo'lgan. Chet ellik bir jurnal Power Electronics unvonini Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM) ga o'zgartirdi. Ammo quvvatni konvertatsiya qilish' bularning barchasi elektr elektronikasida quvvat boshqaruvini o'z ichiga olmaydi. Masalan, quvvat koeffitsientini sozlash * va kam tushishni tartibga soluvchi (LDO) va boshqalar. LDO kompyuterni elektr ta'minotida kichik diapazonli voltajni sozlash va barqarorlashtirish sifatida keng qo'llaniladi. Bu IC va quvvat moslamalarini ham o'z ichiga oladi. Misol uchun, AC-DC quvvat manbaida, PWM va nol kuchlanishli quvvat qurilmasi bo'lishi mumkin, bu ham IC. U IR-da Integrated Switch deb nomlanadi. Bu IC va quvvat moslamalarini birlashtirishning odatiy namunalari. Ushbu bahorda PCIM&ning 39-chi Xitoyda bo'lib o'tgan birinchi hisobot yig'ilishi va ko'rgazmasida men bir marta IR hamkasbim nomidan DirectFET-da hisobot taqdim qildim. Bu IQ uchun yangi issiq joy. Men bu erda ushbu qurilma haqida qisqacha ma'lumot bermoqchiman. Barchangizga ma'lumki, sirt o'rnatishni ishlatadigan ko'plab quvvat qurilmalari mavjud. Ammo ushbu qadoqlash shakllari odatda integral mikrosxemalarning asl qadoqlariga amal qiladi. Shuning uchun, issiqlik tarqalishi nuqtai nazaridan, bu quvvat moslamalari uchun eng mos emas. DirectFET - bu quvvat moslamalarining ikki tomonlama issiqlik tarqalishi sirtga o'rnatiladigan qurilmalarga birinchi marta kiritilishi. DirectFET ning o'lchami SO-8 korpusiga teng, ammo korpusning qarshiligi atigi 0,1 milliom, SO-8 esa 1,5 milliom. Shuning uchun qurilmaning tok zichligi ikki baravarga oshiriladi va elektron plataning maydoni dastlabki SO-8 korpusiga nisbatan 50 foizga kamayadi. DirectFET juftligidan tashkil topgan sinxron paqir konvertori (FETni boshqarish va sinxron FET) 1,3 voltsli oqimning 30 amperini ta'minlashi mumkin. Natijada paydo bo'lgan energiya tizimi Intelning so'nggi 64-bitli protsessori Itanium2 ning quvvatni boshqarish talablariga javob beradi. DirectFET ko'rinishi uchun 1-rasmga qarang. Rasmda qurilmaning ikki tomoni ko'rsatilgan, bir tomoni shlyuzni va ikkita manbali qo'rg'oshin qismini ko'rishi mumkin, ular to'g'ridan-to'g'ri elektron platada lehimlanadi. Boshqa tomoni mis qopqog'i, bu drenaj va boshqa tomoni issiqlikni tarqatishi mumkin. 2-rasmda DirectFET-ning tasavvurlar koeffitsienti ko'rsatilgan bo'lib, uning tuzilishini aniqroq tushunishingiz mumkin. Yuqori quvvatli qurilmalarga o'rganib qolganlar uchun bu juda yangi bo'lib tuyuladi: DirectFET hajmi atigi 5x6.35x0.7mm. Ushbu qurilma yuqori darajadagi noutbuk kompyuterlarida, serverlarning voltaj modulyatsiyasi modullarida, ish stantsiyalarida va xostlarda hamda rivojlangan aloqa va ma'lumotlar tizimlarida qo'llaniladi. Ushbu maqolaning oxirida quvvat modullarida IC va quvvat moslamalarining kombinatsiyasini qisqacha tanishtirmoqchiman. Aytish mumkinki, bu yuqori quvvat uchun mikroelektronika va quvvat elektronikasining kombinatsiyasi. IPM, odatda konditsionerlarda ishlatiladigan intellektga ega IGBT moduli bilan hamma tanish. Bu aslida haydovchi IC bilan ishlaydigan IGBT moduli. Hozirda yangilangan modullar birin-ketin paydo bo'lib, turli ehtiyojlarga ko'ra katta oilani tashkil etmoqda. Masalan, PI-IPM dasturlashtiriladigan va izolyatsiya qilingan IPMni nazarda tutadi. Ushbu modulda DSP ishlatiladi va dasturiy ta'minot yozilishi mumkin. Kelajakda ushbu katta oila haqida alohida tanishtiraman.