מבוא

אלקטרוניקה כוח מודרני מסתמכ על שילוב חלקה של מכשירים חצי-מוליכים כדי להשיג יעילות גבוהה, אמינות וקומפקטיות. Power diodes, המתגים הכי פחות חד-צדדיים, משולבים לעתים קרובות עם טרנזיסטורים, Thyristors ונהגי שער כדי לנהל ספייק מתח, לנווט הנוכחי, ומצב גלפורמות. כאשר משולבים כראוי, אלה לא רק להגן; הם משתתפים באופן פעיל בשיפור המעבר, צמצום, ואפקטים מתקדמים יותר, כדי לשלב את המגמות מעגליות, כדי לשפר את הביצועים, ואפקטים אחרים, כדי לשפר את המשתנים.

הבנה של Power Diodes: Types and Characteristics

לא כל דיודות הכוח הן דומות.בחירה של סוג דיודה משפיעה באופן דרמטי על התנהגות האינטגרציה.

  • <חזק>Schottky Barrier Diodes (SBDs): ירידה בלחץ מתח קדימה נמוך (<0.5 V) וחיוב התאוששות הפוכה רשלנות להפוך אותם אידיאליים עבור מעגלים מעבר גבוה.עם זאת, הדלפה לאחור שלהם הנוכחי והורדת ירידה של צריכת מתח מתחת -200 V.
  • (או P-i-N) דידסה: (FLT:1) יכולת מתח גבוהה (עד כמה קילובולטים) וטיפול בגירסת חזק, אך סובלים מהחלמה הפוכה משמעותית בשל מטען מאוחסן, אשר מגביר את אובדן המעבר.
  • (ב) [15] ,"ה' קפץ" (ב"ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]
  • (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הבנת המאפיינים האלה היא קריטית כי שיטת האינטגרציה - בין אם יש לה, סדרה או בתוך מודול - יש צורך להתאים למהירות המעבר של דיאוד, פרופיל תרמי ומעמד מתח.עבור קריאה נוספת על בחירת דיאוד, FLT:0:0 Infineon הכוח של דיוודה תיקוFLT:1 מציע הערות יישום מפורטות.

היתרונות של Integrating Power Diodes עם אחרים Semiconductors

האינטגרציה הולכת מעבר למקם דיודה ליד טרנסיסטטור.היתרונות הבאים מובנים כאשר מהנדסי עיצוב לתאם בקפידה את השניים:

  • (FLT:0) ,Reduced מעבר הפסדים:FLT:1igdes ממזער את הלחץ overshoot וצלצול במהלך סיבוב של IGBTs או MOSFET, המאפשר מעבר מהיר יותר ללא שטח תפעול בטוח (SOA).
  • (FLT:0) הגנה מפני מתחים:ראה FLT 1: 1 סנובבר דידות קלפטים מאופנועים, מסובכים, ואביזרים טפיליים, שמירה על מתגים עיקריים.
  • (FLT:0) שיפור ביצועים תרמיים:FLT:1 Co-packaging diodes עם מתגים חולק את כיור החום ומפחית התנגדות תרמית, המאפשר צפיפות כוח גבוהה יותר.
  • (FLT:0Simplified Gate Drive design:FreaLT:1) מפוספסת מטבולית משתלבת ישירות לתוך נהגים בעלי שער גבוה, חיסול רכיבים חיצוניים וצמצום אינדוקציוניזם parasitic.
  • (ב) .0.Lower EMImia:FLT:1 התאוששות מהירה או דידות שטאקי להפחית את הספיקים הנוכחיים של ההתאוששות, שהם מקור עיקרי של EMI , אשר מבוצעים ורדיו.

היתרונות האלה מתרגמים ישירות לממירים חזקים, אמינים ויעילים יותר של כוח - חומרים עבור כל דבר מאספקת כוח מרכז נתונים ועד מופנים כלי רכב חשמליים.

טכניקות אינטגרציה נפוצות בפירוט

המונחים: series Configurations

דיאודות מחוברות סדרה להעלות את יכולת החסימה של מתח, אבל שיתוף מתח סטטי ודינמי חייב להיות מנוהל באמצעות איזון מתנגדים או snubbers. מקבילה המחוברת לגוון להגדיל את היכולת הנוכחית, אבל ריצה תרמית יכולה להתרחש אם ירידה מתח קדימה לא תואמת; חיובי טמפרטורה coefficient diodes (למשל, SiC Schotky) הם אידיאליים עבור פעולה במקביל.

עקבו אחרי MOSFET ו-IGBTs

אחת האינטגרציה השכיחות ביותר היא הגוון האנטי-מקביל (או משחרר) על פני מתג כוח.עבור מעבורת MOSFET, את דיוודה הגוף הפנימי ניתן להשתמש, אבל ההתאוששות ההפוך האטית שלו (במיוחד במכשירים בעלי מתח גבוה) גורם למוליכים בין תאים חיצוניים והפסדים.

מודולים וחבילות של Power

מודולים כוח כגון 6-pack IGBT או מודולים כפול-phase MOSFET משלבים דידות ומתגים במצע משותף (למשל, DBC ישירות נחושה) שילוב זה מצמצם את הלולאה, משפר את ניהול תרמי, ומפחית את עלות ההרכבה.

שיקולים ואתגרים

השפעות פרדוקסטיות ו-EMI

ניכוי בין הדירקה לבין מתג יוצר מתח מצלצל בקצה.ממזער את אזור הלולאה - על ידי הצבת הדירוד קרוב ככל האפשר למסוף transistor - הוא חיוני. מעגלים סנוברים (RCD או RC) עשוי להיות נדרש, אבל הם מוסיפים אובדן חשמל. אינטגרציה מתקדמת משתמשת פריסות נמוכות של חינוך כמו מקור קלווין וקשורים מפולנים.

ניהול

גם את הגוון ואת מתג לייצר חום.קו-מיקום על אותו כיור חום יכול לגרום חימום הדדי, העלאת טמפרטורות צומת. סימולציה נאותה ורמיזה תרמית הם הכרחיים.ביישומים בעלי עוצמה גבוהה, קירור פעיל (למשל, לולאות נוזליות) עשוי להיות נדרש.

החלפת תדירות ושיקום הפוך

ככל שהחלפת תדרים (למשל, <100 kHz ב- LLC Converters), אובדן התאוששות לאחור הופך דומיננטי.אינטגרציה חייבת אז לטובת שטאקי או SiC דידות.תפקוד התאוששות רך גם מפחית את הטבעת ו-EMI.המסחר בין ירידה בלחץ מתח קדימה ושיקום הוא החלטה עיצובית מרכזית.

יישומים ב- Modern Power Electronics

Switch-Mode Power Supplies

במגירים ללא הפרעה, פלט משולב פלטה (diode + MOSFET בתיקון סינכרוני) משפר באופן דרמטי את היעילות. Boost PFC שלבים להשתמש דיודה מהירה בסדרה עם הממריץ; דיפול סיי C יכול להגביר את היעילות מעל 98%.הסינרגיה בין דידות לבין MOSFET מאפשרת מהפך גבוה של LLC resoners עם אפס-גיל (SVSVZVt).

מנועים ומניעים

שלושה-phase inverters עבור מהירות משתנה דחף להסתמך על דידות דומות בכל IGBT או MOSFET. הדיוודה חייב לעמוד בתנאי הינע דומים כמו מתג. מודרני לנהוג להשתמש ב-FLT:0integrated כפול IGBTPSKFLT 1 עם NTC המתממנים עבור טמפרטורה.

מערכות אנרגיה מתחדשת

משווקים סולאריים וממירים טורבינות רוח דורשים דידות מתח גבוה עבור DC-link clamping ו freewheeling.אינטגרציה של SiC diodes בשלב MPPT מגבירה את ההפסד ומאפשר מגנטיים קטנים יותר. מערכות אחסון אנרגיה להשתמש ממרים דו-כי-כיוניים שבו דידות וטרנסיסטורים לעבוד יחד עבור טעינה וניתוק.

רכב ורכב חשמלי

מעכבי EV הם היישום התובעני ביותר: מתח גבוה (400-800 V), זרם גבוה (מאותות של אמפס), ואמינות מחמירה.אינטגרציה מתקדמת משתמשת SiC MOSFETs במשותף עם SiC Schotky diodes במודולים דלת חינוך.על-board משתמשים ב- PFC משולב וממריצים סינכרוניים עבור מחקרים מפורטים, כגון: 0F: 1F, ראה יישום של 1 LTs:

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

הדחף לעבר יעילות גבוהה יותר וצפיפות כוח מניע שילוב מונוליטי – שבו הדיודיה והטרנסטור חולקים מוליכים למחצה יחיד למות.דוגמאות כוללות את ה-FLT:0ode-Integrated MOSFET (DIMOS)FLT:1 ו- GaN כוח ICs עם חומרים משולבים של שרטוטאק (SC וג'N) מאפשרים לגוף דיפולציה עמוקה מאוד, אך עדיין מצמצם את הצטדיבות חיצוניות לצמצום הנאות.

מגמה נוספת היא (FLT:0) שרידים מפוסקים במודולים של כוח באמצעות אריזות מתקדמות של ארק 1LT (למשל, אינטגרציה 3D, PCB מת) אלה להפחית את החדירה הדדית ושיפור ביצועים תרמיים.עיצוב עכשיו משלבים החילוץ parasitic ו- co-simulation כדי לייעל אינטראקציה מוקדמת בשלב העיצוב.

מסקנה

הגדלת כוח דידות עם מכשירים אחרים למחצה הוא כבר לא מחשבה; זוהי אסטרטגיה עיצוב מרכזי להשגת ביצועים מעגלים מעולים.מבחירה של סוגים של דיאוד (Schottky, PiN, SiC) לפריסת הלולאות קריטי וניהול תרמי, כל החלטה משפיעה על יעילות, EMI, ואמינות. as Power Electronics נודדת לעבר מוליכים למחצה רחבים והחלפת תדרים גבוהים יותר, אשר הופך להיות משולב היטב של טכניקות עיצוב קומפקטיות יותר.