Güç Elektroniği ve Güç Yönetimi

Güç elektroniği 1970'lerde kuruldu. Bundan önce insanlar buna değişken akım teknolojisi veya güç dönüştürme teknolojisi diyordu. 1940'larda ve 1950'lerde düzeltme teknolojisinden geliştirilmiştir. Bu endüstrinin başlarında, Xi'an Doğrultucu Araştırma Enstitüsü, ülke çapındaki büyük doğrultucu fabrikaları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Uluslararası Doğrultucu Şirketi vb. vardır. Xi'an Doğrultucu Araştırma Enstitüsü'nün selefi, Makine Bakanlığı Elektrikli Ekipman Araştırma Enstitüsü Yarı İletken Araştırma Laboratuvarı, Çin'de güç yarı iletkenleri ile uğraşan en eski birimdir. 1947'de kurulan Uluslararası Doğrultucu Şirketi de Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en eski yarı iletken şirket olarak kabul edilir. Tristör geniş bir aileye dönüştüğünde, kapanma süresi kısa olan veya kolay kapatılabilen bazı cihazlar yavaş yavaş geliştirildiğinde, evirici uygulaması giderek baskın uygulamaya yükselir. Şu anda, akademik topluluk, bu gelişmeyi sınıflandırmak için yeni bir disiplin olması gerektiğini önerdi. Yani bilgi elektroniğine göre güç elektroniği var. İlki bilgiyle, ikincisi güçle ilgilenir. Bu konuya daha fazla otomatik kontrol teorisi ve yeni elektronik teknolojisi de dahil edilmiştir. O zaman, uygulama yönü endüstriyel uygulamalara, araç sürükleme ve güç sistemlerine odaklandı, bu nedenle insanlar en çok yüksek güç yönünün geliştirilmesi konusunda endişe duyuyorlar. Örneğin, çift yönlü tristörler ev aletlerinde yaygın olarak kullanılmasına rağmen, Çin hala 1970'lerde endüstriyel uygulamalar doğrultusunda çift yönlü tristörlerin gelişimini kilitlemiştir. Bundan sonra, ev aletleri için çift yönlü bir tristör haline gelmedi. Yüksek güçlü yarı iletkenler açısından, Çin ile yabancı ülkeler arasındaki fark çok büyük olmamıştır. Çin'un büyük altyapı ihtiyaçları nedeniyle, yabancı ülkelere kıyasla, yüksek güçlü yarı iletken cihazlar bu aşamada daha fazla kullanım alanına sahiptir. Son yıllarda, yabancı ülkelerle olan açığı daha da azaltan bazı büyük projeler hayata geçirildi. Bu, güç elektroniğinin gelişiminin bir yönüdür. Ülkem Güç Elektroniği Derneği'nin her zaman önem verdiği önemli bir konu da olabilir. 1980'lerin başında MOS tipi cihazların yükselişinden sonra, on yıldan fazla bir gelişmeden sonra, güç elektroniği 4C endüstrisi (İletişim, Bilgisayar, Tüketici elektrikli aletleri, Araba arabaları) gibi daha fazla alanı kapsadı. Şu anda, teknolojisinin ilerlemesi gücün boyutunu daha az vurguluyor, ancak bu endüstrilere daha verimli, küçük ve hafif güç kaynakları sağlamaya odaklanıyor. Yüksek güçlü güç elektroniği yürütme sistemini vurgular dersek, düşük güçlü güç elektroniği güç kaynağını vurgular. Mikroelektronik beyne benzetilirse, büyük güç elektroniği el ve ayakların rolünü, küçük güç elektroniği ise kalbin rolünü vurgular. Ülkemizin Güç Kaynağı Derneği, doğal olarak ikincisinin rolüne daha fazla dikkat edecektir. Ancak her ikisi de güç elektroniğine aittir. Her iki toplumun da güç elektroniğinin gelişimine iki açıdan önem vereceğine inanıyorum. Özetle, endüstride, sürüşte ve güç sistemlerinde güç elektroniğinin gelişimi için sağlam bir temel oluşturan çeşitli tristörlerin yirmi yıllık gelişimidir. Güç elektroniği böylece oluşur. Bundan sonra, çeşitli MOS tipi cihazlar, 4C endüstrisinin gelişimi için sağlam bir temel oluşturan yirmi yıllık bir gelişme yaşadı. Güç elektroniği teknolojisini ileriye doğru büyük bir adım haline getirin. Şu anda, mikroelektronik ve güç elektroniğinin daha fazla entegrasyonu nedeniyle, güç yarı iletken cihazları, aşağıdaki üç açıdan gösterilebilecek üçüncü adımı atıyor: 1) Yeni güç yarı iletken cihazlarının çip üretimi, giderek daha fazla entegre devre çipleri kullanıyor. Teknoloji, diğer bir deyişle güç yarı iletken cihazları, mikron altı teknolojisini benimsemekte ve derin mikron altı yönünde gelişmektedir. Güç yarı iletken cihazlarının sadece düşük seviyeli bir teknoloji olduğu kavramı artık değiştirilmelidir. Tabii ki, güç yarı iletken cihazlarının imalatı, yılın en gelişmiş IC işlem teknolojisini kullanmadı, ancak bu farklılıklar, daha ucuz ekipmanların kullanılmasını mümkün kıldı, böylece güç yarı iletken cihazlarının geliştirilmesi için çok önemli olan üretim maliyetlerini azalttı. 2) Sadece çip teknolojisi değil, aynı zamanda güç yarı iletken cihaz paketleme teknolojisi de entegre devrelere yaklaşıyor. Son birkaç yılda, entegre devre paketleme için sıcak noktalar, yavaş yavaş yeni güç yarı iletken cihazları tarafından benimsenen paketleme yöntemleri haline gelen BGA (Ball Grid Array) ve MCM (Multi-Chip Module) teknolojilerinin kullanımı olmuştur. Örneğin, IR's FlipFET ve iPOWIR, BGA teknolojisini kullanır ve iPOWIR aynı zamanda en tipik MCM teknolojisidir. Tabii ki, güç yarı iletken cihazları, ısı dağılımı için entegre devrelere göre daha yüksek gereksinimlere sahiptir. Geçmişte tristörlü ambalajlarda yaygın olan çift taraflı ısı dağılımı, şimdi ilk kez MOS cihazlarında kullanılıyor ve DirectFET buna bir örnek. DirectFET ile ilgili olarak, bu makale ona kısa bir giriş yapacaktır. 3) Yeni bir trend, güç yarı iletken cihazlarının ve entegre devrelerin genellikle aynı çipte veya aynı pakette birleştirilmesidir. Başka bir deyişle, daha işlevsel olan kontrol parçası ve güç parçası veya koruma devresi tek bir cihazda birleştirilir. Geçmişte, insanların bahsettiği güç entegre devreleri esas olarak yüksek voltajlı sürücü devrelerine, yani daha yüksek voltajlı MOSFET'leri veya IGBT'leri sürmek için kullanılan entegre devrelere atıfta bulunur. Bununla birlikte, şu anda güç yönetimi adı verilen bir entegre devreler sınıfı ve ilgili güç cihazları üretilmiştir. Voltaj yüksek olmayabilir, ancak kontrol işlevi büyük ölçüde geliştirilmiştir. En tipik olanı DC-DC uygulamalarındaki bazı cihazlardır. Bu nedenle, güç cihazlarının yalnızca ayrı cihazlara atıfta bulunduğu kavramı temel bir değişikliğe uğramıştır. Örneğin, IC ile ilgili veya IR tarafından üretilen özel işlevlere sahip gelişmiş cihazlar, geleneksel ayrık cihazları geride bıraktı ve üretim" sistemleri yönünde daha da gelişiyor.&alıntı; Sistemler ve IC'ler gibi gelişmiş cihazların üretiminin gelecekte dayanak noktası olacağına dair bir söz var. Böyle bir gelişim sürecinde Güç Yönetimi terimi giderek daha yaygın hale gelmiştir. Güç yönetiminin yurtdışındaki formülasyonu, özellikle 4C endüstrisi ile ilgili güç elektroniği endüstrisinde oldukça popüler hale geldi. Görünüş frekansı, orijinal güç elektroniğininkinden bile daha yüksektir. Bazı yabancı üreticiler genellikle kendilerine güç yönetimi uzmanları derler. Aslında, bu konuda bir çelişki yoktur, çünkü güç yönetimi, güç elektroniği gelişiminin mevcut aşamasında belirli alanlarda sadece yeni bir formülasyondur. Güç elektroniği ile karşılaştırıldığında, güç yönetimi&yönetimini vurgular.&alıntı; Bu yönü kontrol etme işlevini vurgular. Güç kelimesi güç, elektrik veya güç anlamına gelebilir. Yönetim, yönetim veya işleme olarak da anlaşılabilir. Bu nedenle, birçok türde Çince çeviri olabilir. Ancak, güç yönetimi için dört Çince karakter Çin'de birçok kez ortaya çıktı ve bu da standart dile biraz sorun katabilir. Bununla birlikte, birçok yabancı terimin kendi gelişim süreci vardır ve birçok yeni terim sıklıkla ortaya çıkar. Bu yeni terimlerin ortaya çıkışını teknik bir perspektiften daha derinden anlamamız gerekir. Güç Dönüşümü (Güç Dönüşümü), eskiden güç elektroniği ile neredeyse eş anlamlıydı. Bir zamanlar yabancı bir dergi, Power Electronics'in adını Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM) olarak değiştirdi. Ancak güç dönüşümünün tümü, güç elektroniğinde güç yönetimini içeremez. Güç faktörü ayarı* ve düşük çıkış regülatörü (LDO) vb. gibi. LDO, bilgisayar güç kaynağında küçük bir voltaj ayarı ve stabilizasyonu olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu bir IC'dir ve ayrıca güç cihazlarını içerir. Örneğin, bir AC-DC güç kaynağında, aynı zamanda bir IC olan, PWM'li ve sıfır voltajlı bir güç cihazı olabilir. IR'de Entegre Anahtar olarak adlandırılır. Bunlar, IC ve güç cihazlarının kombinasyonunun tipik örnekleridir. Bu bahar, Çin'de düzenlenen PCIM'un ilk rapor toplantısında ve sergisinde, bir keresinde bir IR meslektaşı adına DirectFET hakkında bir rapor sunmuştum. Bu, IR için yeni bir sıcak nokta. Burada bu cihaz hakkında kısa bir tanıtım yapmak istiyorum. Hepinizin bildiği gibi, yüzey montajını kullanan birçok güç cihazı zaten var. Ancak bu paketleme biçimleri genellikle entegre devrelerin orijinal paketini takip eder. Bu nedenle, ısı dağılımı açısından, güç cihazları için mutlaka en uygun olanı değildir. DirectFET, güç cihazlarının çift taraflı ısı dağılımının yüzeye montaj cihazlarına ilk kez dahil edilmesidir. DirectFET'in boyutu SO-8 kasasına eşdeğerdir, ancak kasanın direnci sadece 0.1 miliohm iken, SO-8 1.5 miliohmdur. Bu nedenle, cihazın akım yoğunluğu iki katına çıkar ve orijinal SO-8 muhafazasına kıyasla devre kartının alanı %50 oranında azalır. Bir çift DirectFET'ten (kontrol FET ve senkron FET) oluşan senkron bir dönüştürücü, 1,3 voltta 30 amper akım sağlayabilir. Ortaya çıkan güç sistemi, Intel'in en yeni 64 bit işlemcisi Itanium2'nin güç yönetimi gereksinimlerini karşılar. DirectFET'in görünümü için Şekil 1'e bakın. Şekil, cihazın iki tarafını göstermektedir, bir taraf bir geçit ve iki kaynak çıkış parçası görebilmektedir, bunlar doğrudan devre kartına lehimlenecektir. Diğer taraf, tahliye ve ısıyı dağıtabilen diğer taraf olan bakır bir kapaktır. Şekil 2, yapısını daha net anlayabilmeniz için DirectFET'in bir kesit görünümünü göstermektedir. Yüksek güçlü cihazlara alışık olanlar için çok yeni bir his olacak: DirectFET sadece 5x6.35x0.7mm boyutunda. Bu cihaz, üst düzey dizüstü bilgisayarlarda, sunucuların, iş istasyonlarının ve ana bilgisayarların voltaj modülasyon modüllerinde ve gelişmiş iletişim ve veri sistemlerinde kullanılacaktır. Bu makalenin sonunda güç modüllerinde IC ve güç cihazlarının kombinasyonunu kısaca tanıtmak istiyorum. Bunun daha yüksek güç için mikroelektronik ve güç elektroniğinin bir kombinasyonu olduğu söylenebilir. Klimalarda yaygın olarak kullanılan zekaya sahip IGBT modülü IPM'yi herkes bilir. Aslında sürücü IC'si olan bir IGBT modülüdür. Güncel güncellenen modüller birbiri ardına ortaya çıkmakta ve farklı ihtiyaçlara göre geniş bir aile oluşturmaktadır. Örneğin, PI-IPM, programlanabilir ve yalıtılmış IPM'yi ifade eder. Bu modülde DSP kullanılmaktadır ve yazılım yazılabilmektedir. Gelecekte bu büyük aileye özel bir giriş yapacağım.