Electronique de puissance et gestion de l'alimentation

L'électronique de puissance a été créée dans les années 1970. Avant cela, les gens l'appelaient technologie à courant variable ou technologie de conversion de puissance. Il est développé à partir de la technologie de rectification dans les années 1940 et 1950. Au début de cette industrie, il y a Xi'un institut de recherche sur les redresseurs, de grandes usines de redresseurs à travers le pays, l'International Rectifier Company aux États-Unis, etc. Le prédécesseur de Xi'un institut de recherche sur les redresseurs, le Laboratoire de recherche sur les semi-conducteurs de l'Institut de recherche sur les équipements électriques du ministère des Machines est la première unité engagée dans les semi-conducteurs de puissance en Chine. L'International Rectifier Company, fondée en 1947, est également considérée comme la première entreprise de semi-conducteurs aux États-Unis. Lorsque le thyristor se développe en une grande famille, lorsque certains dispositifs à temps de coupure court ou faciles à désactiver sont progressivement développés, l'application onduleur passe progressivement à l'application dominante. À cette époque, la communauté universitaire a proposé qu'il devrait y avoir une nouvelle discipline pour classer ce développement. Il y a donc l'électronique de puissance par rapport à l'électronique de l'information. Le premier traite de l'information et le second du pouvoir. Plus de théorie du contrôle automatique et de nouvelles technologies électroniques ont également été introduites dans ce sujet. À cette époque, la direction des applications se concentrait sur les applications industrielles, la traînée des véhicules et les systèmes d'alimentation, de sorte que les gens sont plus préoccupés par le développement de la direction à haute puissance. Par exemple, bien que les thyristors bidirectionnels aient été largement utilisés dans les appareils électroménagers, la Chine a encore bloqué le développement des thyristors bidirectionnels dans le sens des applications industrielles dans les années 1970. Après cela, il n'est pas devenu un thyristor bidirectionnel pour les appareils électroménagers. En termes de semi-conducteurs de haute puissance, l'écart entre la Chine et les pays étrangers n'a pas été très grand. En raison des besoins massifs en infrastructures de la Chine&par rapport aux pays étrangers, les dispositifs à semi-conducteurs haute puissance ont plus d'utilisations à ce stade. Ces dernières années, de grands projets ont été mis en place, ce qui a encore réduit l'écart avec les pays étrangers. C'est un aspect du développement de l'électronique de puissance. C'est peut-être aussi un aspect majeur auquel mon pays Power Electronics Society a toujours attaché de l'importance. Après l'essor des appareils de type MOS au début des années 1980, après plus de dix ans de développement, l'électronique de puissance a couvert plus d'autres domaines, comme l'industrie 4C (Communication, Informatique, Electroménager, Voitures). À l'heure actuelle, l'avancement de sa technologie met moins l'accent sur la taille de l'énergie, mais se concentre sur la fourniture à ces industries de sources d'énergie plus efficaces, plus petites et plus légères. Si nous disons que l'électronique de puissance haute puissance met l'accent sur le système d'exécution, l'électronique de puissance basse puissance met l'accent sur l'alimentation. Si la microélectronique est assimilée au cerveau, la grande électronique de puissance met l'accent sur le rôle des mains et des pieds, tandis que la petite électronique de puissance met l'accent sur le rôle du cœur. La Société d'Alimentation Électrique de notre pays accordera naturellement plus d'attention au rôle de cette dernière. Mais les deux appartiennent à l'électronique de puissance. Je pense que les deux sociétés se soucieront du développement de l'électronique de puissance sous deux aspects. En résumé, c'est le développement en vingt ans de divers thyristors, qui a jeté des bases solides pour le développement de l'électronique de puissance dans l'industrie, la conduite et les systèmes de puissance. Une électronique de puissance est ainsi formée. Après cela, divers appareils de type MOS ont connu deux décennies de développement, ce qui a également jeté des bases solides pour le développement de l'industrie 4C. Faites de la technologie de l'électronique de puissance un grand pas en avant. À l'heure actuelle, en raison de l'intégration plus poussée de la microélectronique et de l'électronique de puissance, les dispositifs à semi-conducteurs de puissance franchissent la troisième étape, qui peut se manifester sous les trois aspects suivants : 1) La fabrication de puces de nouveaux dispositifs à semi-conducteurs de puissance utilise de plus en plus des puces de circuits intégrés. La technologie, en d'autres termes, les dispositifs à semi-conducteurs de puissance adoptent la technologie submicronique et se développent dans le sens du submicron profond. Le concept selon lequel les dispositifs à semi-conducteurs de puissance ne sont qu'une technologie de bas niveau devrait maintenant être modifié. Bien sûr, la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs de puissance n'a pas utilisé la technologie de processus IC la plus avancée de l'année, mais ces différences ont permis d'utiliser des équipements moins chers, réduisant ainsi les coûts de fabrication, ce qui est très important pour le développement de dispositifs à semi-conducteurs de puissance. 2) Non seulement la technologie des puces, mais aussi la technologie d'emballage des dispositifs à semi-conducteurs de puissance se rapprochent des circuits intégrés. Au cours des dernières années, les points chauds de l'encapsulation des circuits intégrés ont été l'utilisation des technologies BGA (Ball Grid Array) et MCM (Multi-Chip Module), qui sont progressivement devenues les méthodes d'encapsulation adoptées par les nouveaux dispositifs à semi-conducteurs de puissance. Par exemple, FlipFET et iPOWIR IR's utilisent tous deux la technologie BGA, et iPOWIR est également la technologie MCM la plus typique. Bien entendu, les dispositifs à semi-conducteurs de puissance ont des exigences plus élevées en matière de dissipation thermique que les circuits intégrés. La dissipation thermique double face courante dans les boîtiers de thyristors dans le passé est maintenant utilisée pour la première fois dans les dispositifs MOS. DirectFET en est un exemple. Concernant DirectFET, cet article en donnera une brève introduction. 3) Une nouvelle tendance est que les dispositifs à semi-conducteurs de puissance et les circuits intégrés sont souvent combinés dans la même puce ou le même boîtier. En d'autres termes, la partie commande la plus fonctionnelle et la partie puissance, ou circuit de protection sont combinées en un seul appareil. Dans le passé, les circuits intégrés de puissance auxquels les gens se réfèrent se réfèrent principalement aux circuits de commande haute tension, c'est-à-dire aux circuits intégrés utilisés pour piloter les MOSFET ou les IGBT à plus haute tension. Cependant, une classe de circuits intégrés et de dispositifs d'alimentation associés appelés gestion de l'alimentation a été produit à l'heure actuelle. La tension peut ne pas être élevée, mais la fonction de contrôle est grandement améliorée. Les plus typiques sont certains appareils dans les applications DC-DC. Par conséquent, le concept selon lequel les appareils d'alimentation se réfèrent uniquement à des appareils discrets a subi un changement fondamental. Par exemple, les dispositifs avancés liés aux circuits intégrés ou dotés de fonctions spéciales produits par IR ont dépassé les dispositifs discrets conventionnels et se développent davantage dans le sens des systèmes de production &." Il y a un dicton selon lequel la production de dispositifs avancés tels que les systèmes et les circuits intégrés deviendra le pilier à l'avenir. Dans un tel processus de développement, le terme Power Management est devenu de plus en plus courant. La formulation de la gestion de l'alimentation à l'étranger est devenue très populaire, en particulier dans l'industrie de l'électronique de puissance liée à l'industrie 4C. La fréquence de son apparition est encore plus élevée que celle de l'électronique de puissance d'origine. Certains fabricants étrangers se disent souvent experts en gestion de l'énergie. En fait, il n'y a pas de contradiction à cet égard, car la gestion de l'énergie n'est qu'une nouvelle formulation dans certains domaines au stade actuel du développement de l'électronique de puissance. Par rapport à l'électronique de puissance, la gestion de l'alimentation met l'accent sur"management." Souligne la fonction de contrôle de cet aspect. Le mot Puissance peut signifier puissance, électricité ou puissance. La gestion peut également être comprise comme la gestion ou le traitement. Par conséquent, il peut y avoir de nombreux types de traductions chinoises. Cependant, les quatre caractères chinois pour la gestion de l'alimentation sont apparus à plusieurs reprises en Chine, ce qui peut ajouter quelques problèmes à la langue standard. Cependant, de nombreux termes étrangers ont leur propre processus de développement et de nombreux nouveaux termes apparaissent souvent. Nous devrions avoir une meilleure compréhension de l'émergence de ces nouveaux termes d'un point de vue technique. La conversion de puissance (Power Conversion) était autrefois presque synonyme d'électronique de puissance. Un magazine étranger a une fois changé le titre de Power Electronics en Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM). Mais la conversion de puissance ne peut'pas toutes inclure la gestion de l'alimentation dans l'électronique de puissance. Tels que l'ajustement du facteur de puissance* et le régulateur à faible chute de tension (LDO) et ainsi de suite. Le LDO est largement utilisé dans l'alimentation des ordinateurs en tant que réglage et stabilisation de la tension à petite plage. Il s'agit d'un circuit intégré et comprend également des dispositifs d'alimentation. Par exemple, dans une alimentation AC-DC, il peut y avoir un dispositif d'alimentation avec PWM et mise sous tension zéro, qui est également un circuit intégré. C'est ce qu'on appelle le commutateur intégré dans l'IR. Ce sont des exemples typiques de la combinaison de circuits intégrés et de dispositifs d'alimentation. Ce printemps, lors de la première réunion et exposition de rapports du PCIM's tenue en Chine, j'ai une fois présenté un rapport sur DirectFET au nom d'un collègue IR. Il s'agit d'un nouveau point chaud pour l'IR. Je voudrais donner une brève introduction à cet appareil ici. Comme vous le savez tous, il existe déjà de nombreux appareils d'alimentation utilisant le montage en surface. Mais ces formes d'emballage suivent généralement l'emballage d'origine des circuits intégrés. Par conséquent, du point de vue de la dissipation thermique, ce n'est pas nécessairement le plus adapté aux appareils de puissance. DirectFET est la première fois que la dissipation thermique double face des dispositifs de puissance a été introduite dans les dispositifs de montage en surface. La taille du DirectFET est équivalente au boîtier SO-8, mais la résistance du boîtier lui-même n'est que de 0,1 milliohm, tandis que le SO-8 est de 1,5 milliohm. Par conséquent, la densité de courant de l'appareil est doublée et la surface du circuit imprimé est réduite de 50% par rapport au boîtier SO-8 d'origine. Un convertisseur abaisseur synchrone composé d'une paire de DirectFET (FET de contrôle et FET synchrone) peut fournir 30 ampères de courant à 1,3 volts. Le système d'alimentation résultant répond aux exigences de gestion de l'alimentation du dernier processeur Intel 64 bits Itanium2. Reportez-vous à la figure 1 pour l'apparence de DirectFET. La figure montre les deux côtés de l'appareil, un côté peut voir une porte et deux parties de sortie de source, elles seront directement soudées sur le circuit imprimé. L'autre côté est un couvercle en cuivre, qui est le drain et l'autre côté qui peut dissiper la chaleur. La figure 2 montre une vue en coupe de DirectFET, afin que vous puissiez mieux comprendre sa structure. Pour ceux qui sont habitués aux appareils haute puissance, cela semblera très nouveau : DirectFET ne mesure que 5x6,35x0,7 mm. Cet appareil sera utilisé dans les ordinateurs portables haut de gamme, les modules de modulation de tension des serveurs, des postes de travail et des hôtes, ainsi que dans les systèmes de communication et de données avancés. Je voudrais présenter brièvement la combinaison de circuits intégrés et de dispositifs d'alimentation dans les modules d'alimentation à la fin de cet article. On peut dire qu'il s'agit d'une combinaison de microélectronique et d'électronique de puissance pour une puissance plus élevée. Tout le monde connaît l'IPM, le module IGBT à intelligence couramment utilisé dans les climatiseurs. Il s'agit en fait d'un module IGBT avec un pilote IC. Les modules actuellement mis à jour émergent les uns après les autres, formant une grande famille selon des besoins différents. Par exemple, PI-IPM fait référence à un IPM programmable et isolé. Le DSP est utilisé dans ce module et le logiciel peut être écrit. Je donnerai une introduction spéciale à cette grande famille à l'avenir.