مقدمه مقدماتی

مدرن برق الکترونیک متکی بر ادغام یکپارچه دستگاه های نیمه هادی برای دستیابی به کارایی بالا، قابلیت اطمینان و جمع آوری. دیود قدرت، ساده ترین سوئیچ های تک جهت، اغلب با ترانزیستورها، تیررس ها ترکیب می شوند و رانندگان دروازه برای مدیریت ولتاژ، هدایت جریان، و فرم های موج، هنگامی که به درستی یکپارچه شده اند، این دیودها به سادگی محافظت نمی کنند؛ آنها به طور فعال در بهبود انتقال نیمه هادی ها، و بهبود تکنیک های عملیاتی، و بهبود روند های عملیاتی، و بهبود روند های عملیاتی، و بهبود روند عملکرد اساسی، و بررسی مفاهیم.

درک قدرت دیود: انواع و شخصیت ها

همه دیودهای قدرت یکسان نیستند، انتخاب نوع دیود به طور چشمگیری بر رفتار ادغام تأثیر می گذارد.

  • پایین ولتاژ پایین رو به جلو (<0.5 V) و شارژ بازیابی معکوس غیر قابل قبول آنها را برای مدارهای سوئیچ با فرکانس بالا ایده آل می کند، با این حال، جریان نشت معکوس و کاهش ولتاژ کاهش ولتاژ محدود زیر ~200 V.
  • [PiN] یا P-i-N] دیودهای: قابلیت ولتاژ بالا (تا چندین کیلو ولت) و کنترل قوی افزایش، اما از جریان بازیابی قابل توجه معکوس به علت شارژ ذخیره شده رنج می برند، که باعث افزایش زیان می شود.
  • Zener دیود: در تجزیه و تحلیل معکوس برای مسدود کردن ولتاژ و مرجع؛ یکپارچه در رانندگان دروازه برای محافظت از دروازه های حساس ترانزیستور.
  • Quick Recovery Epit محوری دیود (FREDs): برای بازیابی نرم با کاهش شارژ ذخیره شده، پر کردن شکاف بین Schottky و PiN برای ولتاژ متوسط، برنامه های فرکانس متوسط.

درک این ویژگی ها بسیار مهم است زیرا روش ادغام - چه ضد پارال، سری، و یا در یک ماژول - باید با سرعت تغییر دیود، نمایه حرارتی و کلاس ولتاژ هماهنگ شود.

مزایای ادغام Power دیود با دیگر نیمه هادی ها

ادغام فراتر از قرار دادن یک دیود در نزدیکی یک ترانزیستور است. مزایای زیر زمانی که مهندسان طراحی به دقت دو را هماهنگ می کنند، تحقق می یابد:

  • زیان های تغییر یافته: دیودها ولتاژ را به حداقل می رسانند و در هنگام چرخش IGBTs یافتها زنگ می زنند، اجازه می دهند که بدون بیش از منطقه عملیاتی امن (SOA) تغییر سریع تر کنند.
  • حفاظت از ولتاژ در برابر ترانسفراط ولتاژ: دیودهای Snubbers را از موتور، ترانسفورماتورها و انحلال های انگلی، محافظت از سوئیچ های اصلی.
  • عملکرد حرارتی بهبود یافته دیودهای Co-packing با سوئیچ ها سینک گرما را به اشتراک می گذارند و مقاومت حرارتی را کاهش می دهد، تراکم قدرت بالاتری را فراهم می کند.
  • طراحی درایو درب تقویت شده: دیود بوت استرپ به طور مستقیم به رانندگان درب بالا متصل می شود، حذف اجزای خارجی و کاهش تراکم انگل.
  • کمپرس EMI بازیابی سریع یا دیودهای Schottky باعث کاهش جهش های فعلی بهبودی معکوس می شود که منبع اصلی انجام و پراکنده شدن EMI است.

این مزایا به طور مستقیم به مبدل های قدرت فشرده تر، قابل اعتماد و کارآمد تبدیل می شوند - پیش بینی برای همه چیز از منابع برق مرکز داده تا اینورتر های کشش خودرو الکتریکی.

تکنیک های ادغام مشترک در جزئیات

تنظیمات موازی و سری

دیودهای متصل به سری قابلیت مسدود کردن ولتاژ را افزایش می دهند، اما اشتراک ولتاژ استاتیک و پویا باید با استفاده از مقاومت های متعادل یا دیودهای متصل به موازی ظرفیت فعلی را افزایش دهد، اما فرار حرارتی می تواند رخ دهد اگر افت ولتاژ جلو مطابقت نداشته باشد؛ دیودهای ضریب مثبت (به عنوان مثال، SiC Schotky) ایده آل برای عملیات موازی هستند.

پیاده سازی با خروجی و IGBTs

یکی از رایج ترین ادغام ها ضد پارال (یا آزاد سازی) دیود در سراسر یک سوئیچ قدرت است.برای تخلیه، دیود داخلی بدن می تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما بازیابی آهسته آن (به ویژه در دستگاه های بسته بندی بالا) باعث عبور و زیان های خارجی دیود Schottky در موازی با بدن دیود - اغلب به نام "کاهش سریع" در طول یک ماژول فعلی و جلوگیری از زیان های انتقال می شود.

ماژول های برق یکپارچه و بسته ها

ماژول های قدرت مانند 6pack IGBT یا ماژول های دوگانه ([ویرایش] دیود و سوئیچ در یک بستر مشترک (به عنوان مثال، DBC اوراق قرضه مستقیم مس)) را شامل می شود، این ادغام به حداقل رساندن حلقه برش، بهبود مدیریت حرارتی جامع، و کاهش هزینه مونتاژ اخیر شامل پیوست شده و [F1] [F:2] ماژول های کاربردی مجازی (F:2c:2) که به طور کلی حذف یک ماژول های کاربردی SchLT2.

بررسی طراحی و چالش

اثرات انگلی و EMI

عایق حلقه بین دیود و سوئیچ باعث زنگ ولتاژ در چرخش می شود. مینیمال کردن منطقه حلقه - با قرار دادن دیود به عنوان نزدیک به ترمینال های ترانزیستور - ضروری است. مدارهای Snubber (RCD یا RC) ممکن است مورد نیاز باشد، اما آنها اضافه کردن قدرت از طرح های کم کسر مانند کلوین و اتصالات نوار لوله استفاده می کنند.

مدیریت حرارتی

هر دو دیود و سوئیچ گرما تولید می کنند. Co-location در همان سینک حرارت می تواند باعث گرمایش متقابل، افزایش دماهای اتصال مناسب و شبیه سازی حرارتی شود. [برای مثال، حلقه های مایع] ممکن است مورد نیاز باشد.

تغییر فرکانس و بازیابی معکوس

با افزایش فرکانس های تغییر (به عنوان مثال، >100 kHz در مبدل LLC)، کاهش معکوس تبدیل به ادغام غالب می شود، پس باید به دنبال Schottky یا SiC دیود بهبود نرم نیز زنگ و EMI کاهش می یابد.

برنامه های کاربردی در Modern Power Electronics

قدرت پردازش خودکار – Switch-Mode Power

در مبدل های آفلاین Flyback، یک خروجی یکپارچه (dio + Material in synchronous synchronous) به طور چشمگیری بهبود بهره وری. Boost PFC مراحل استفاده از دیود سریع در سری با شتاب دهنده افزایش؛ یک دیود SiC می تواند بهره وری را بالاتر از 98٪ افزایش دهد. synergy بین دیود و خروجی باعث می شود مبدل های با فرکانس بالا LLC reson با سوئیچ صفر (S) تغییر (DVageS).

رانندگی و اینورتر

اینورتر های سه فاز برای درایوهای سرعت متغیر به دیود ضد پارالیل (در هر IGBT یا ODM) متکی هستند. دیود باید شرایط مشابه را به عنوان سوئیچ مقاومت کند. درایوهای مدرن استفاده می کنند (FLT:0) که به طور جداگانه ماژول های دوگانه IGBT را گسترش می دهند با NTC Nmistors برای اندازه گیری دمای مناسب جلوگیری از ادغام عمر و دستگاه گسترش می یابد.

سیستم های انرژی تجدید پذیر

اینورتر های خورشیدی و مبدل توربین بادی نیاز به دیودهای ولتاژ بالا برای مسدود کردن DC-link و آزاد سازی دارند. ادغام دیودهای SiC در مرحله تقویت MPPT باعث کاهش تلفات و اجازه می دهد سیستم های ذخیره سازی انرژی کوچکتر از مبدل های دو طرفه استفاده کنند که در آن دیودها و ترانزیستورها برای شارژ و تخلیه کار می کنند.

ماشین آلات خودرو و الکتریکی

اینورترهای کشش الکتریکی بیشترین درخواست را دارند: ولتاژ بالا (400-800 V)، جریان بالا (صدها آمپر)، و اطمینان دقیق. ادغام پیشرفته از ترکیب SiCفتs همراه با دیودهای دیودی SiC Schottky در ماژول های دیودی کم استفاده می کند. On-boards از دیودهای یکپارچه و {{sfixtiynchronousynchronous}} برای بررسی دقیق پرونده:Fsha استفاده می کند.

روند های نوظهور و مسیرهای آینده

فشار به سمت بهره وری بالاتر و چگالی قدرت در حال رانندگی یکپارچه سازی است - جایی که دیود و ترانزیستور یک نیمه هادی را به اشتراک می گذارند، نمونه ها شامل [FLT:Diode-Integrated Material (DIMOS) هستند و GaN قدرت IC با دیودهای یکپارچه Schotkyky (C) و Gat اجازه می دهد تا برخی از برنامه های بازیابی سریع بدن را کاهش دهد.

روند دیگر دیودهای جاسازی شده در ماژول های قدرت با استفاده از بسته بندی پیشرفته (به عنوان مثال، ادغام 3D، PCB جاسازی شده) است.این کاهش تقسیم اتصال و بهبود ابزار طراحی حرارتی در حال حاضر شامل استخراج انگل و ترکیب برای بهینه سازی دیود - تعامل در اوایل مرحله طراحی.

نتیجه گیری

ادغام دیودهای قدرت با دیگر دستگاه های نیمه هادی دیگر یک پس از تفکر نیست؛ یک استراتژی طراحی مرکزی برای دستیابی به عملکرد مدار برتر است.از انتخاب انواع دیود (Schottky، PiN، SiC) به طرح حلقه های بحرانی و مدیریت حرارتی، هر تصمیم بر کارایی مجهز، EMI و قابلیت اطمینان به عنوان برق مهاجرت به سمت باند نیمه هادی های گسترده و تغییر فرکانس های قوی تر، حتی سیستم های یکپارچه سازی بیشتر می شود.