पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और पावर मैनेजमेंट

1970 के दशक में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का गठन किया गया था। इससे पहले लोग इसे वेरिएबल करंट टेक्नोलॉजी या पावर कन्वर्जन टेक्नोलॉजी कहते थे। इसे 1940 और 1950 के दशक में रेक्टिफिकेशन टेक्नोलॉजी से विकसित किया गया है। इस उद्योग की शुरुआत में, Xi' एक रेक्टिफायर रिसर्च इंस्टीट्यूट, देश भर में प्रमुख रेक्टिफायर फैक्ट्रियां, संयुक्त राज्य अमेरिका में इंटरनेशनल रेक्टिफायर कंपनी, और इसी तरह हैं। शी [जीजी] # 39 के पूर्ववर्ती; एक रेक्टिफायर रिसर्च इंस्टीट्यूट, मशीनरी मंत्रालय के इलेक्ट्रिकल इक्विपमेंट रिसर्च इंस्टीट्यूट की सेमीकंडक्टर रिसर्च लेबोरेटरी चीन में पावर सेमीकंडक्टर्स में लगी सबसे शुरुआती इकाई है। 1947 में स्थापित इंटरनेशनल रेक्टिफायर कंपनी को संयुक्त राज्य अमेरिका की सबसे शुरुआती सेमीकंडक्टर कंपनी भी माना जाता है। जब थाइरिस्टर एक बड़े परिवार के रूप में विकसित होता है, जब कम टर्न-ऑफ समय या टर्न-ऑफ में आसान वाले कुछ डिवाइस धीरे-धीरे विकसित होते हैं, इन्वर्टर एप्लिकेशन धीरे-धीरे प्रमुख एप्लिकेशन तक बढ़ जाता है। इस समय, अकादमिक समुदाय ने प्रस्तावित किया कि इस विकास को वर्गीकृत करने के लिए एक नया अनुशासन होना चाहिए। तो सूचना इलेक्ट्रॉनिक्स के सापेक्ष पावर इलेक्ट्रॉनिक्स है। पहला सूचना से संबंधित है और दूसरा शक्ति से संबंधित है। अधिक स्वचालित नियंत्रण सिद्धांत और नई इलेक्ट्रॉनिक तकनीक को भी इस विषय में पेश किया गया है। उस समय, अनुप्रयोग दिशा औद्योगिक अनुप्रयोगों, वाहन ड्रैग और पावर सिस्टम पर केंद्रित थी, इसलिए लोग उच्च-शक्ति दिशा के विकास के बारे में सबसे अधिक चिंतित हैं। उदाहरण के लिए, हालांकि घरेलू उपकरणों में द्विदिश थाइरिस्टर का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, फिर भी चीन ने 1970 के दशक में औद्योगिक अनुप्रयोगों की दिशा में द्विदिश थाइरिस्टर के विकास को बंद कर दिया। उसके बाद, यह घरेलू उपकरणों के लिए एक द्विदिश थाइरिस्टर में विकसित नहीं हुआ। उच्च शक्ति वाले अर्धचालकों के मामले में, चीन और विदेशों के बीच का अंतर बहुत बड़ा नहीं है। चीन [जीजी] #39; के कारण विदेशों की तुलना में बड़े पैमाने पर बुनियादी ढांचे की जरूरत है, इस स्तर पर उच्च शक्ति वाले अर्धचालक उपकरणों का अधिक उपयोग होता है। हाल के वर्षों में, कुछ प्रमुख परियोजनाएं शुरू की गई हैं, जिसने विदेशों के साथ अंतर को और कम कर दिया है। यह पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास का एक पहलू है। यह भी एक प्रमुख पहलू हो सकता है कि मेरे देश पावर इलेक्ट्रॉनिक्स सोसाइटी ने हमेशा महत्व दिया है। 1980 के दशक की शुरुआत में एमओएस-प्रकार के उपकरणों के उदय के बाद, दस वर्षों से अधिक के विकास के बाद, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स ने 4 सी उद्योग (संचार, कंप्यूटर, उपभोक्ता विद्युत उपकरण, कार कार) जैसे अन्य क्षेत्रों को कवर किया है। इस समय, इसकी प्रौद्योगिकी की प्रगति शक्ति के आकार पर कम जोर देती है, लेकिन इन उद्योगों को अधिक कुशल, छोटे और हल्के बिजली स्रोत प्रदान करने पर केंद्रित है। अगर हम कहें कि हाई-पावर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स निष्पादन प्रणाली पर जोर देता है, तो लो-पावर पावर इलेक्ट्रॉनिक्स बिजली की आपूर्ति पर जोर देता है। यदि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की तुलना मस्तिष्क से की जाती है, तो बड़े पावर इलेक्ट्रॉनिक्स हाथों और पैरों की भूमिका पर जोर देते हैं, जबकि छोटे पावर इलेक्ट्रॉनिक्स दिल की भूमिका पर जोर देते हैं। हमारे देश की पावर सप्लाई सोसाइटी स्वाभाविक रूप से बाद की भूमिका पर अधिक ध्यान देगी। लेकिन दोनों पावर इलेक्ट्रॉनिक्स से संबंधित हैं। मेरा मानना ​​है कि दोनों समाज दो पहलुओं में बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास की परवाह करेंगे। संक्षेप में, यह विभिन्न थाइरिस्टर का बीस साल का विकास है, जिसने उद्योग, ड्राइविंग और बिजली प्रणालियों में बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के लिए एक ठोस नींव रखी है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स इस प्रकार बनता है। उसके बाद, विभिन्न एमओएस-प्रकार के उपकरणों ने दो दशकों के विकास का अनुभव किया है, जिसने 4 सी उद्योग के विकास के लिए एक ठोस नींव भी रखी है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स तकनीक को एक बड़ा कदम आगे बढ़ाएं। वर्तमान में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के आगे एकीकरण के कारण, पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस तीसरा कदम उठा रहे हैं, जिसे निम्नलिखित तीन पहलुओं में प्रकट किया जा सकता है: 1) नए पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों का चिप निर्माण तेजी से एकीकृत सर्किट चिप्स का उपयोग कर रहा है। प्रौद्योगिकी, दूसरे शब्दों में, पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस सब-माइक्रोन तकनीक को अपना रहे हैं और डीप सब-माइक्रोन की दिशा में विकसित हो रहे हैं। यह अवधारणा कि पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस सिर्फ एक निम्न-स्तरीय तकनीक है, को अब बदला जाना चाहिए। बेशक, बिजली अर्धचालक उपकरणों के निर्माण में वर्ष की सबसे उन्नत आईसी प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग नहीं किया गया था, लेकिन इन अंतरों ने सस्ते उपकरणों का उपयोग करना संभव बना दिया, जिससे विनिर्माण लागत कम हो गई, जो कि बिजली अर्धचालक उपकरणों के विकास के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। 2) न केवल चिप तकनीक, बल्कि पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस पैकेजिंग तकनीक भी एकीकृत सर्किट के करीब जा रही है। पिछले कुछ वर्षों में, एकीकृत सर्किट पैकेजिंग के लिए हॉट स्पॉट बीजीए (बॉल ग्रिड ऐरे) और एमसीएम (मल्टी-चिप मॉड्यूल) प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया गया है, जो धीरे-धीरे नए पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों द्वारा अपनाई गई पैकेजिंग विधियां बन गई हैं। उदाहरण के लिए, IR's FlipFET और iPOWIR दोनों BGA तकनीक का उपयोग करते हैं, और iPOWIR भी सबसे विशिष्ट MCM तकनीक है। बेशक, बिजली अर्धचालक उपकरणों में एकीकृत सर्किट की तुलना में गर्मी अपव्यय के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं। अतीत में थाइरिस्टर पैकेजिंग में सामान्य दो तरफा गर्मी अपव्यय अब पहली बार एमओएस उपकरणों में उपयोग किया जाता है, और DirectFET एक उदाहरण है। DirectFET के संबंध में, यह लेख इसका संक्षिप्त परिचय देगा। 3) एक नया चलन यह है कि पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस और इंटीग्रेटेड सर्किट को अक्सर एक ही चिप या एक ही पैकेज में जोड़ा जाता है। दूसरे शब्दों में, अधिक कार्यात्मक नियंत्रण भाग और पावर भाग, या सुरक्षा सर्किट एक डिवाइस में संयुक्त होते हैं। अतीत में, पावर इंटीग्रेटेड सर्किट जिसे लोग मुख्य रूप से हाई-वोल्टेज ड्राइव सर्किट से संदर्भित करते हैं, यानी उच्च-वोल्टेज MOSFETs या IGBTs को चलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले इंटीग्रेटेड सर्किट। हालांकि, वर्तमान में एकीकृत सर्किट और संबंधित बिजली उपकरणों के एक वर्ग को बिजली प्रबंधन कहा जाता है। वोल्टेज अधिक नहीं हो सकता है, लेकिन नियंत्रण कार्य बहुत बढ़ाया जाता है। डीसी-डीसी अनुप्रयोगों में सबसे विशिष्ट कुछ डिवाइस हैं। इसलिए, यह अवधारणा कि बिजली उपकरण केवल असतत उपकरणों को संदर्भित करते हैं, एक मौलिक परिवर्तन आया है। उदाहरण के लिए, IC से संबंधित या IR द्वारा निर्मित विशेष कार्यों के साथ उन्नत उपकरण पारंपरिक असतत उपकरणों को पार कर गए हैं, और उत्पादन&प्रणाली की दिशा में और विकसित हो रहे हैं। [जीजी] उद्धरण; एक कहावत है कि सिस्टम और आईसी जैसे उन्नत उपकरणों का उत्पादन भविष्य में मुख्य आधार बन जाएगा। ऐसी विकास प्रक्रिया में, पावर मैनेजमेंट शब्द अधिक से अधिक सामान्य हो गया है। विदेशों में बिजली प्रबंधन का सूत्रीकरण काफी लोकप्रिय हो गया है, खासकर 4C उद्योग से संबंधित बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में। इसकी उपस्थिति की आवृत्ति मूल बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में भी अधिक है। कुछ विदेशी निर्माता अक्सर खुद को बिजली प्रबंधन विशेषज्ञ कहते हैं। वास्तव में, इस संबंध में कोई विरोधाभास नहीं है, क्योंकि बिजली प्रबंधन बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स विकास के वर्तमान चरण में कुछ क्षेत्रों में सिर्फ एक नया सूत्रीकरण है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में, पावर मैनेजमेंट&प्रबंधन पर जोर देता है। [जीजी] उद्धरण; इस पहलू को नियंत्रित करने के कार्य पर जोर देता है। पावर शब्द का अर्थ बिजली, बिजली या बिजली हो सकता है। प्रबंधन को प्रबंधन या प्रसंस्करण के रूप में भी समझा जा सकता है। इसलिए, कई प्रकार के चीनी अनुवाद हो सकते हैं। हालाँकि, बिजली प्रबंधन के लिए चार चीनी अक्षर चीन में कई बार सामने आए हैं, जो मानक भाषा में कुछ परेशानी जोड़ सकते हैं। हालाँकि, कई विदेशी शब्दों की अपनी विकास प्रक्रिया होती है, और कई नए शब्द अक्सर सामने आते हैं। हमें तकनीकी दृष्टिकोण से इन नए शब्दों के उद्भव की गहरी समझ होनी चाहिए। पावर कनवर्ज़न (पावर कनवर्ज़न) लगभग पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का पर्याय हुआ करता था। एक विदेशी पत्रिका ने एक बार पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का शीर्षक बदलकर पावर कन्वर्जन एंड इंटेलिजेंट मोशन (पीसीआईएम) कर दिया था। लेकिन पावर रूपांतरण'सभी में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में पावर प्रबंधन शामिल नहीं हो सकता है। जैसे पावर फैक्टर एडजस्टमेंट* और लो ड्रॉपआउट रेगुलेटर (एलडीओ) इत्यादि। एलडीओ का व्यापक रूप से कंप्यूटर बिजली आपूर्ति में एक छोटी सी रेंज वोल्टेज समायोजन और स्थिरीकरण के रूप में उपयोग किया जाता है। यह एक आईसी है और इसमें पावर डिवाइस भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, एक एसी-डीसी बिजली आपूर्ति में, पीडब्लूएम और शून्य वोल्टेज टर्न-ऑन वाला एक पावर डिवाइस हो सकता है, जो एक आईसी भी है। इसे IR में इंटीग्रेटेड स्विच कहा जाता है। ये आईसी और बिजली उपकरणों के संयोजन के विशिष्ट उदाहरण हैं। इस वसंत में, PCIM' की चीन में आयोजित पहली रिपोर्ट मीटिंग और प्रदर्शनी में, मैंने एक बार एक IR सहयोगी की ओर से DirectFET पर एक रिपोर्ट प्रस्तुत की थी। यह IR के लिए एक नया हॉट स्पॉट है। मैं यहां इस उपकरण का संक्षिप्त परिचय देना चाहूंगा। जैसा कि आप सभी जानते हैं, सरफेस माउंट का उपयोग करने वाले पहले से ही कई बिजली उपकरण हैं। लेकिन वे पैकेजिंग फॉर्म आम तौर पर एकीकृत सर्किट की मूल पैकेजिंग का पालन करते हैं। इसलिए, गर्मी लंपटता के दृष्टिकोण से, यह जरूरी नहीं कि बिजली उपकरणों के लिए सबसे उपयुक्त हो। DirectFET पहली बार है कि बिजली उपकरणों के दो तरफा गर्मी अपव्यय को सतह माउंट उपकरणों में पेश किया गया है। DirectFET का आकार SO-8 केस के बराबर है, लेकिन केस का प्रतिरोध केवल 0.1 मिलीओह्म है, जबकि SO-8 1.5 मिलीओम है। इसलिए, डिवाइस का वर्तमान घनत्व दोगुना हो जाता है, और मूल SO-8 आवास की तुलना में सर्किट बोर्ड का क्षेत्र 50% कम हो जाता है। DirectFETs (कंट्रोल FET और सिंक्रोनस FET) की एक जोड़ी से बना एक सिंक्रोनस हिरन कन्वर्टर 1.3 वोल्ट पर 30 एम्पीयर करंट प्रदान कर सकता है। परिणामी पावर सिस्टम इंटेल के नवीनतम 64-बिट प्रोसेसर इटेनियम 2 की पावर प्रबंधन आवश्यकताओं को पूरा करता है। DirectFET की उपस्थिति के लिए चित्र 1 देखें। आंकड़ा डिवाइस के दोनों किनारों को दिखाता है, एक तरफ एक गेट और दो स्रोत लीड-आउट भाग देख सकते हैं, उन्हें सीधे सर्किट बोर्ड पर मिलाया जाएगा। दूसरी तरफ एक तांबे का आवरण है, जो नाली है और दूसरा पक्ष जो गर्मी को नष्ट कर सकता है। चित्र 2 DirectFET का क्रॉस-सेक्शनल दृश्य दिखाता है, ताकि आप इसकी संरचना को अधिक स्पष्ट रूप से समझ सकें। जो लोग उच्च-शक्ति वाले उपकरणों के आदी हैं, उनके लिए यह बहुत नया लगेगा: DirectFET का आकार केवल 5x6.35x0.7mm है। इस उपकरण का उपयोग हाई-एंड नोटबुक कंप्यूटर, सर्वर के वोल्टेज मॉड्यूलेशन मॉड्यूल, वर्कस्टेशन और होस्ट, और उन्नत संचार और डेटा सिस्टम में किया जाएगा। मैं इस लेख के अंत में पावर मॉड्यूल में आईसी और बिजली उपकरणों के संयोजन का संक्षेप में परिचय देना चाहूंगा। यह कहा जा सकता है कि यह उच्च शक्ति के लिए माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का संयोजन है। हर कोई आईपीएम से परिचित है, आईजीबीटी मॉड्यूल जो आमतौर पर एयर कंडीशनर में उपयोग किया जाता है। यह वास्तव में एक ड्राइवर आईसी के साथ एक आईजीबीटी मॉड्यूल है। वर्तमान में अद्यतन मॉड्यूल एक के बाद एक उभर रहे हैं, विभिन्न आवश्यकताओं के अनुसार एक बड़ा परिवार बना रहे हैं। उदाहरण के लिए, PI-IPM प्रोग्रामेबल और इंसुलेटेड IPM को संदर्भित करता है। इस मॉड्यूल में डीएसपी का उपयोग किया जाता है, और सॉफ्टवेयर लिखा जा सकता है। मैं भविष्य में इस बड़े परिवार का विशेष परिचय दूंगा।