Elektronika Daya dan Manajemen Daya

Elektronika daya dibentuk pada tahun 1970-an. Sebelum ini, orang menyebutnya teknologi arus variabel, atau teknologi konversi daya. Ini dikembangkan dari teknologi rektifikasi pada tahun 1940-an dan 1950-an. Di awal industri ini, ada Xi'sebuah Lembaga Penelitian Penyearah, pabrik penyearah utama di seluruh negeri, Perusahaan Penyearah Internasional di Amerika Serikat, dan seterusnya. Pendahulu dari Xi'sebuah Lembaga Penelitian Penyearah, Laboratorium Penelitian Semikonduktor dari Institut Penelitian Peralatan Listrik Kementerian Permesinan adalah unit paling awal yang terlibat dalam semikonduktor daya di Cina. Perusahaan Penyearah Internasional, didirikan pada tahun 1947, juga dianggap sebagai perusahaan semikonduktor paling awal di Amerika Serikat. Ketika thyristor berkembang menjadi keluarga besar, ketika beberapa perangkat dengan waktu mati yang singkat atau mudah dimatikan secara bertahap dikembangkan, aplikasi inverter secara bertahap naik ke aplikasi yang dominan. Saat ini, civitas akademika mengusulkan agar ada disiplin baru untuk mengklasifikasikan perkembangan ini. Jadi ada elektronika daya relatif terhadap elektronika informasi. Yang pertama berurusan dengan informasi dan yang kedua berurusan dengan kekuasaan. Lebih banyak teori kontrol otomatis dan teknologi elektronik baru juga telah diperkenalkan ke dalam subjek ini. Pada saat itu, arah aplikasi difokuskan pada aplikasi industri, drag kendaraan dan sistem tenaga, sehingga orang-orang sangat memperhatikan pengembangan arah daya tinggi. Misalnya, meskipun thyristor dua arah telah banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga, Cina masih mengunci pengembangan thyristor dua arah dalam arah aplikasi industri pada 1970-an. Setelah itu, tidak berkembang menjadi thyristor dua arah untuk peralatan rumah tangga. Dalam hal semikonduktor daya tinggi, kesenjangan antara Cina dan negara-negara asing belum terlalu besar. Karena kebutuhan infrastruktur China' yang sangat besar, dibandingkan dengan negara asing, perangkat semikonduktor berdaya tinggi memiliki lebih banyak kegunaan pada tahap ini. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa proyek besar telah diperkenalkan, yang semakin memperpendek kesenjangan dengan negara-negara asing. Ini adalah aspek perkembangan elektronika daya. Ini mungkin juga merupakan aspek utama yang selalu dianggap penting oleh Masyarakat Elektronika Daya negara saya. Setelah munculnya perangkat tipe MOS di awal 1980-an, setelah lebih dari sepuluh tahun pengembangan, elektronika daya telah mencakup lebih banyak bidang lain, seperti industri 4C (Komunikasi, Komputer, Peralatan listrik konsumen, Mobil mobil). Saat ini, kemajuan teknologinya kurang menekankan ukuran daya, tetapi berfokus pada penyediaan sumber daya yang lebih efisien, kecil, dan ringan bagi industri-industri ini. Jika kita mengatakan bahwa elektronika daya tinggi menekankan sistem eksekusi, elektronika daya rendah menekankan catu daya. Jika mikroelektronika diibaratkan otak, maka elektronika daya besar menekankan peran tangan dan kaki, sedangkan elektronika daya kecil menekankan peran jantung. Power Supply Society di negara kita secara alami akan lebih memperhatikan peran yang terakhir. Tapi keduanya milik elektronika daya. Saya percaya bahwa kedua masyarakat akan peduli dengan perkembangan elektronika daya dalam dua aspek. Singkatnya, ini adalah pengembangan dua puluh tahun dari berbagai thyristor, yang telah meletakkan dasar yang kuat untuk pengembangan elektronika daya di industri, penggerak, dan sistem tenaga. Elektronika daya dengan demikian terbentuk. Setelah itu, berbagai perangkat tipe MOS telah mengalami pengembangan selama dua dekade, yang juga meletakkan dasar yang kokoh bagi perkembangan industri 4C. Jadikan teknologi elektronika daya sebagai langkah maju yang besar. Saat ini, karena integrasi lebih lanjut dari mikroelektronika dan elektronika daya, perangkat semikonduktor daya mengambil langkah ketiga, yang dapat dimanifestasikan dalam tiga aspek berikut: 1) Pembuatan chip perangkat semikonduktor daya baru semakin banyak menggunakan chip sirkuit terintegrasi. Teknologi, dengan kata lain, perangkat semikonduktor daya mengadopsi teknologi sub-mikron dan berkembang ke arah sub-mikron yang dalam. Konsep bahwa perangkat semikonduktor daya hanyalah teknologi tingkat rendah sekarang harus diubah. Tentu saja, pembuatan perangkat semikonduktor daya tidak menggunakan teknologi proses IC paling canggih tahun ini, tetapi perbedaan ini memungkinkan untuk menggunakan peralatan yang lebih murah, sehingga mengurangi biaya produksi, yang sangat penting untuk pengembangan perangkat semikonduktor daya. 2) Tidak hanya teknologi chip, tetapi juga teknologi pengemasan perangkat semikonduktor daya bergerak lebih dekat ke sirkuit terpadu. Dalam beberapa tahun terakhir, titik panas untuk pengemasan sirkuit terpadu adalah penggunaan teknologi BGA (Ball Grid Array) dan MCM (Multi-Chip Module), yang secara bertahap menjadi metode pengemasan yang diadopsi oleh perangkat semikonduktor daya baru. Misalnya, IR's FlipFET dan iPOWIR keduanya menggunakan teknologi BGA, dan iPOWIR juga merupakan teknologi MCM yang paling umum. Tentu saja, perangkat semikonduktor daya memiliki persyaratan pembuangan panas yang lebih tinggi daripada sirkuit terpadu. Disipasi panas dua sisi yang umum dalam kemasan thyristor di masa lalu sekarang digunakan di perangkat MOS untuk pertama kalinya, dan DirectFET adalah salah satu contohnya. Mengenai DirectFET, artikel ini akan memberikan pengantar singkat untuk itu. 3) Tren baru adalah bahwa perangkat semikonduktor daya dan sirkuit terpadu sering digabungkan dalam chip yang sama atau paket yang sama. Dengan kata lain, bagian kontrol dan bagian daya yang lebih fungsional, atau sirkuit perlindungan digabungkan dalam satu perangkat. Di masa lalu, sirkuit terintegrasi daya yang dirujuk orang terutama merujuk pada sirkuit penggerak tegangan tinggi, yaitu sirkuit terpadu yang digunakan untuk menggerakkan MOSFET atau IGBT tegangan tinggi. Namun, kelas sirkuit terpadu dan perangkat daya terkait yang disebut manajemen daya telah diproduksi saat ini. Tegangan mungkin tidak tinggi, tetapi fungsi kontrol sangat ditingkatkan. Yang paling umum adalah beberapa perangkat dalam aplikasi DC-DC. Oleh karena itu, konsep bahwa perangkat daya hanya mengacu pada perangkat diskrit telah mengalami perubahan mendasar. Misalnya, perangkat canggih yang terkait dengan IC atau dengan fungsi khusus yang dihasilkan oleh IR telah melampaui perangkat diskrit konvensional, dan semakin berkembang ke arah sistem kuota produksi &.&kutipan; Ada pepatah yang mengatakan bahwa produksi perangkat canggih seperti sistem dan IC akan menjadi andalan di masa depan. Dalam proses pengembangan seperti itu, istilah Manajemen Daya menjadi semakin umum. Rumusan manajemen daya di luar negeri menjadi cukup populer, terutama di industri elektronika daya yang terkait dengan industri 4C. Frekuensi kemunculannya bahkan lebih tinggi daripada elektronika daya asli. Beberapa produsen asing sering menyebut diri mereka ahli manajemen daya. Sebenarnya tidak ada kontradiksi dalam hal ini, karena manajemen daya hanyalah formulasi baru di bidang tertentu dalam tahap perkembangan elektronika daya saat ini. Dibandingkan dengan elektronika daya, manajemen daya menekankan"manajemen.&kutipan; Menekankan fungsi pengendalian aspek ini. Kata Power dapat berarti tenaga, listrik atau tenaga. Manajemen juga dapat dipahami sebagai pengelolaan atau pengolahan. Oleh karena itu, ada banyak jenis terjemahan bahasa Mandarin. Namun, empat karakter Cina untuk manajemen daya telah muncul di Cina berkali-kali, yang dapat menambah masalah pada bahasa standar. Namun, banyak istilah asing yang memiliki proses perkembangannya sendiri, dan banyak istilah baru yang sering muncul. Kita harus memiliki pemahaman yang lebih dalam tentang munculnya istilah-istilah baru ini dari perspektif teknis. Konversi Daya (Power Conversion) dulu hampir identik dengan elektronika daya. Sebuah majalah asing pernah mengubah judul Power Electronics menjadi Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Tetapi konversi daya tidak dapat' semua menyertakan manajemen daya dalam elektronika daya. Seperti power factor adjustment* dan low dropout regulator (LDO) dan sebagainya. LDO banyak digunakan dalam catu daya komputer sebagai penyesuaian dan stabilisasi tegangan rentang kecil. Ini adalah IC dan juga termasuk perangkat daya. Misalnya, dalam catu daya AC-DC, mungkin ada perangkat listrik dengan PWM dan tegangan nol turn-on, yang juga merupakan IC. Ini disebut Saklar Terintegrasi dalam IR. Ini adalah contoh khas dari kombinasi IC dan perangkat daya. Musim semi ini, pada pertemuan dan pameran laporan pertama PCIM' yang diadakan di China, saya pernah mempresentasikan laporan tentang DirectFET atas nama rekan IR. Ini adalah hot spot baru untuk IR. Saya ingin memberikan pengenalan singkat tentang perangkat ini di sini. Seperti yang Anda ketahui, sudah banyak perangkat listrik yang menggunakan surface mount. Namun bentuk kemasan tersebut umumnya mengikuti kemasan asli sirkuit terpadu. Oleh karena itu, dari perspektif pembuangan panas, belum tentu yang paling cocok untuk perangkat listrik. DirectFET adalah pertama kalinya disipasi panas dua sisi perangkat daya telah diperkenalkan ke perangkat pemasangan permukaan. Ukuran DirectFET setara dengan case SO-8, tetapi resistansi case itu sendiri hanya 0,1 miliohm, sedangkan SO-8 adalah 1,5 miliohm. Oleh karena itu, kerapatan perangkat saat ini menjadi dua kali lipat, dan area papan sirkuit berkurang 50% dibandingkan dengan rumah SO-8 asli. Konverter buck sinkron yang terdiri dari sepasang DirectFET (FET kontrol dan FET sinkron) dapat memberikan arus 30 ampere pada 1,3 volt. Sistem daya yang dihasilkan memenuhi persyaratan manajemen daya prosesor 64-bit terbaru Intel Itanium2. Lihat Gambar 1 untuk tampilan DirectFET. Gambar menunjukkan dua sisi perangkat, satu sisi dapat melihat gerbang dan dua bagian sumber keluar, mereka akan langsung disolder pada papan sirkuit. Sisi lainnya adalah penutup tembaga, yang merupakan saluran pembuangan dan sisi lain yang dapat membuang panas. Gambar 2 menunjukkan tampilan penampang DirectFET, sehingga Anda dapat memahami strukturnya dengan lebih jelas. Bagi mereka yang terbiasa dengan perangkat berdaya tinggi, ini akan terasa sangat baru: DirectFET hanya berukuran 5x6.35x0.7mm. Perangkat ini akan digunakan di komputer notebook kelas atas, modul modulasi tegangan server, workstation dan host, serta sistem komunikasi dan data tingkat lanjut. Saya ingin memperkenalkan secara singkat kombinasi IC dan perangkat daya dalam modul daya di akhir artikel ini. Dapat dikatakan bahwa ini adalah kombinasi dari mikroelektronika dan elektronika daya untuk daya yang lebih tinggi. Semua orang akrab dengan IPM, modul IGBT dengan kecerdasan yang biasa digunakan di AC. Ini sebenarnya adalah modul IGBT dengan IC driver. Saat ini modul yang diperbarui muncul satu demi satu, membentuk keluarga besar sesuai dengan kebutuhan yang berbeda. Misalnya, PI-IPM mengacu pada IPM yang dapat diprogram dan diisolasi. DSP digunakan dalam modul ini, dan perangkat lunak dapat ditulis. Saya akan memberikan pengenalan khusus untuk keluarga besar ini di masa depan.