Table of Contents

מדוע כוח מספק את החומרות התחזוקה באלקטרוניקה המודרנית

כל מכשיר אלקטרוני תלוי במקור יציב, נקי של כוח.יש הרגעי יכול להשחית נתונים בשרת, משבש רובוט כירורגי, או לרסק קו ייצור מפעל ציוד כוח מסורתי שנבנה סביב הרגולטורים ליניאריים וממסרים מכניים שירתו במשך עשרות שנים, אבל מצבי הכישלונ שלהם - מגע, עייפות תרמי, סובלנות מוגברת, כמו מערכות להיות יותר צפופה ותמיד שינוי בכיוון של כוח חזק יותר, מה שמשתנה מפציעות זמן קצר יותר ויותר, ואפקטיביות, ואפקטים קטנים יותר, והופכים את זה, והופכים את זה, והופכים את זה, והופכים את המוליכים למחצה, ופרקים יותר ויותר, והופכים את המוליכים למחצה, והופכים את המוליכים למחצה, והופכים את המוליכים למחצה, והופכים את המשתנים יותר ויותר, והופכים לתפקודים חזקים יותר ויותר, והופכים את המשתנים יותר ויותר, מהכוח חזק יותר ויותר, מהשיטות כוח חזק יותר ויותר, מהכוח חזק יותר ויותר, והופכים לתפקודים חזקים יותר ויותר, מהשיטות כוח חזק יותר ויותר, מהשיטות חזקות יותר ויותר, מהשיטות חזקות יותר ויותר, מהשיטות חזקות יותר ויותר, מתחנות כוח חזק יותר ויותר, מהשיטות חזקות יותר ויותר, כמו גם מתחנות כוח חזק יותר ויותר, והופכים למול

מה הם סולידריות-מדינה?

רכיבים של מדינת סולידריות הם מכשירים אלקטרוניים השולטים נוכחיים באמצעות חומרים מוליכים למחצה כגון סיליקון, רייום nitride, או סיליקון carbide. בניגוד לחלקים אלקטרו-מכאניים (עיכובים, מתגים, משתנים משתנים), מכשירים יציבים לא יש חלקים נעים.הם מסתמכים על תנועת נושאי מטען - אלקטרונים וחורים - עם קיסטלי בניין מוצק תלת-בסיסי המשמש בלוקים:

  • (FLT:0 (DiodesphFLT:1) - לאפשר זרם בכיוון אחד בלבד; משמש לתיקון (AC ל- DC), שחרור והגנה לאחור על קוטביות.
  • (FLT:0) Transistors (MOSFET, IGBTs, BJTs)teauFLT:1 - לפעול מהר, מבוקר אלקטרונית או מגבר; הליבה של מעברים רגולטורים ומניעים.
  • (ב) ,0) מעגלים משולבים (ICs)FLT: (ב) משלבים מאות או אלפי טרנזיסטורים, מתנגדים, ו- capacitors על אחד מהם מתים כדי לבצע פונקציות מורכבות כגון התייחסות למתח, שליטה PWM וגילוי תקלות.

מכיוון שמכשירים חזקים של מדינתם הם מונוליטיים (מצטברים על שבב יחיד או בתוך חבילה סגורה), הם עמידים באופן טבעי לרטטט, אבק ולחות.חזקות סביבתית זו היא אחת מהסיבות העיקריות שהם החליפו הרגולטורים המכניים כמעט בכל עיצוב אספקה מודרני.

יתרונות מרכזיים על עיצובים אלקטרו-מכניים

« ביטול של ללבוש מכני

ממסרים מכניים ומתגים סובלים ממגע מתפתל, עייפות באביב, וקשת. A ממסר טיפוסי יכול להיות מדורג עבור 100,000 פעולות; לאחר מכן, אמינותו טיפות בחדות. מתגי Solid-state אין מגעים כדי לשקוע. מתג מ MOSFET מתוכנן כראוי יכול לטפל מיליארדים של מעבר מחזורים ללא השפלה מדידה.זה הופך את הספק כוח מוצק עבור יישומים הדורשים תכופים על אופניים / מעבורת, כגון מטען, מנהלי, צינורות ממונעים, צינורות LED, ופולנים, ופולנים, דופקים.

יעילות גבוהה יותר וחום נמוך

הרגולטורים קואר מורידים מתח עודף חום. A 12 V עד 5 V רגולטורים ליניאריים ב 1 A dissipates 7 W - יעיל ודורשים כיור חום גדול. Switch-mode כוח אספקה (SMPS) באמצעות מ"מ"מ"ה התפעול ב 100 kHz ל 1 M להשיג יעילות מעל 90% תחת עומס מלא.

תגובה מיידית לעומס Transients

כאשר מעבד פתאום מרוכם מעומס חישובי מלא, רכבת המתח יכולה לטבול מאות מ"ט במיקרו-שניות. מוצאי סולידריות יכולים לזהות את הירידה בתוך ננו-שניות ולהתאים את מחזור החובה של מעבר ה-transistor לפצות. הרגולטורים אלקטרומכאיים לא יכולים להגיב במהירות זו.

קומפקטיות, Light Weight Form Factors

מכיוון שרכיבי מדינה מוצקה פועלים בתדרים גבוהים, הרכיבים המגנטיים הפסיביים (המתקדמונים, המחנכים) יכולים להיות קטנים בהרבה. A 500 W מעבר לאספקת חשמל כיום תופסת בערך בגודל של היצע לינארי של 500 W מ-70. אינטגרציה On-chip מקטין חלקים ספירה; בקר אחד IC יכול להחליף עשרות שערי לוגיקה דיסקרטיבית ו-Famps.

שיפור יכולת הסביבה

רכיבים של מדינת סולידריות חתומה נגד contaminants.הם יכולים לפעול באופן אמין על פני טווחי טמפרטורה רחבים (- 40 מעלות צלזיוס ל +125 מעלות צלזיוס עבור ציונים תעשייתיים) לעמוד ברמות גבוהות של הלם ורטציה. צבאי ומכוניות לספק לעתים קרובות לציין 100 אחוזים עיצובים של מדינת מוצק לעמוד מול MIL-STD-STD-810 או AEC-Q100 סטנדרטים.

אזורי יישום: היכן כוח סולידריות-מדינה מבסס את Excel

מרכזי נתונים ותשתיות קריטיות

אספקה בלתי ניתנת לעצירה (UPS) עבור צריפים השרתים מסתמכים על חומרים חזקים של מדינתיים להמיר סוללות DC ל- AC נקי.מערכות UPS באינטרנט מודרנית להשתמש IGBTs (מבודדים דו קוטביים) הפועלים במתקני הכפלה כפולה: AC הוא לתקן מודולים חלקה ל- DC, ולאחר מכן מופנם חזרה ל- AC.

אלקטרוניקה רפואית

אספקת חשמל למכונות MRI, ventilators, ומוניטורים של המטופל חייבים לעמוד בסטנדרטים הדליפה השוטפים הקיימים והבידודיים של מדינת סולידריות, ממירים עמידים על ידי המדינה מאפשרת תפוקה נמוכה, מבודדת תוך שמירה על יעילות גבוהה.ג'ן (gallium nitride) משתמשים יותר ויותר בכוח רפואי מכיוון שהם יכולים לעבור במספר מגההרץ, המאפשרים שימוש במשתנים קטנים מאוד שמתאימים ישירות ל-ידי המערכת המוגבלת של אספקת החשמל.

חידושים של אנרגיה וכלי רכב חשמליים

סולרי ממיר את המשתנה DC מפאנלים פוטו-וולטאיים לתוך AC תואם רשת סולידריות מדינת IGBTs ו- SiC (silicon carbide) MOSFET להתמודד עם מתחים גבוהים (עד 1500 V) עם הפסדים נמוכים מעבר נקודת כוח המעקב (MPPT) צריך גם מתגים מהירים ויעילים כדי לחלץ כל רכב חשמלי (EV) משתמשים ב- SiC% כדי להגדיל את היעילות של 1BC- 14% (O) עם יותר מ-4%) עם מתגי כוח תפעוליים מופעל על פני שטח C.

אוויר והגנת

בלוויינים, ציוד כוח מוצק המדינה חייב לשרוד את הרטט ואת עשרות שנים של חשיפה לקרינה בוואקום. Rad-hard MOSFET ובקרים משולבים נועדו עם תחמוצת שער עבה יותר טבעות שמירה כדי לעמוד בפני אפקטים חד-משמעיים. אספקת החשמל עבור Mars Perseverance Rover, לדוגמה, משתמשים להמיר מוצק-states מופעל ללא פגע באמצעות מחזורים קיצוניים וקרינה קוסמית על מטוסים צבאיים, להחליף מגבלות אלקטרו-אוויריות חזקות (חומצה כבדה) ובקרת כוח חזק ובקרת כוח חזק (מערכת תחזוקה חזקה) עם מגבלות אבטחה מוצקהספקית) עם מגבלות אבטחה מוצקהכוח מוצקהספקית מוצקהכוח) עם מגבלות אבטחה מוצקהכוחית מוצקה של אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה של אבטחה חזקה וניהול מוצקה של כוח) ובקרת אבטחה מוצקה של כוח , כמו גם עם מגבלות אבטחה חזקה של אבטחה חזקה של אבטחה מוצקה של אבטחה חזקה של אבטחה מוצקה של אבטחה חזקה של אבטחה מוצקה אבטחה מוצקה (מערכת אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה של כוח-מערכת אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה (מערכת אבטחה מוצקה) ומערכת אבטחה מוצקה) ומערכת אבטחה מוצקה) ומערכת אבטחה מוצקה של אבטחה מוצקה

אתגרים והנדסת סחר

ניהול עשיר בכח גבוה

למרות שרכיבי מדינה מוצק יעילים, החום שהם מייצרים מרוכז באזור קטן למות.מודול IGBT יחיד מעבר 200 A יכול לפרק מאות וואט.ללא עיצוב תרמי מתאים - כיור חום, חומרי ממשק תרמי, חומרי טמפרטורה או קירור נוזלי - טמפרטורות צולח יכול לעלות על המרבי (בדרך כלל 150 מעלות צלזיוס לסיליקון, 175 מעלות צלזיוס) עבור אופניים תרמיים (מחץ מבוזר) וטכניקות מתוחכמות יותר (ממות) סטנדרטיות (ממותקפות) כדי להשיג תכונות מתוחכמות יותר (ממות) ממות יותר) ממותרפיות יותר (ממותקפותחמות) ממותקפותחים וטכניקות מתוחכמות יותר (ממותקפותחמות (ממותרפיות יותר) סימולציות) ממותרפיות יותר (ממותרפיות יותר) ממותקפותחמותרפיות יותר (ממותרפיות) סימולציות מתקדמות יותר (ממות (ממותרפיות יותר) סימולציות) ממות יותר (ממותרפיות (ממות) סימולציות סטנדרטיות יותר) סימולציות סטנדרטיות (ממותרפיות) יכולות להגיע לסיליקון) לסיליקון, 000 C עבור סימולציות סטנדרטיות) כדי להשיג לעתים קרובות יותר (ממותרפיות (

אפשרות לOvervoltage and Overcurrent

מכשירים Semiconductor יכולים להיחרב על ידי ספיגות מתח לאורך רק microthers. inductive back של מנועים, ברקים, ו transients רשת יכול לגרוף דרך שכבת תחמוצת דקה של שער MOSFET. כדי להגן על מתגי מדינה מוצק, מעצבים להוסיף מעגלים נחירות עדינים מדי (FLT:0RCFLT:1 רשתות), מתחים טרנזיים (רדיו-S diodes), ותגובה מהירה מדי;

אלקטרומגנטי הבין-לאומית (EMI)

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מכלול השער

מתגי סולידריות אינם מושלמים; הם זקוקים למעגלים עזר כדי להפוך אותם ולהיגמר כראוי.נהג השער חייב לספק מספיק זרם כדי לטעון ולשחרר את קצב החפיפות במהירות (כדי להימנע מפעילות באזור ליניארי, אשר גורם הפסדים מופרזים) השערים צפים בצד העליון בחצי-גשר כדי להתנצלות דורשות שיטות שינוי או מלכודות ברמה גבוהה.

כיוונים עתידיים: חומרים והתנצלות שיגדירו את העשור הבא

Bandgap Semiconductors: SiC וג'N

כלכלות הסיליקון הגיעו למגבלות מעשיות בצפיפות כוח ומהירות המעבר.סיליקון קרבייד (SiC) ו-Geium nitride (GaN) מציעים להקות Hz רחבות יותר (3.3 eV ו- 3.4 eV, בהתאמה, לעומת 1.1 e-V עבור Si), המאפשרים למכשירים לעמוד במתחים גבוהים יותר, לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר, ולעבור מהר יותר.

בקרה דיגיטלית ותחזוקה חיזוי

במקום שגיאות אנלוגיות מגברות ורשתות פיצוי קבועות, אספקת החשמל המודרנית משתמשת בקרים אותות דיגיטליים (DSCs) המפעילים קושחה לניהול הלולאה.שליטה דיגיטלית מאפשרת פיצוי הסתגלותי: אספקת החשמל יכולה להתאים את התנהגותה בזמן אמת בהתבסס על עומס נוכחי, מתח קלט וטמפרטורה.אם הבקר מזהה כי הפלט ESRD גדל עקב ההזדקנות, היא יכולה להתאים את ההתנהגות שלה בזמן אמתית ל-Factative כוח כגון אלגוריתמים, כלומר, כלומר, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, אלגוריתמים, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים, החלים, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים, החל אלגוריתמים, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, החלים, אלגוריתמים, החל ממריצים, כלומר, אלגוריתמים, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים של אלגוריתמים של כוח אלגוריתמים, החל ממריצים, החל ממריצים, כלומר, החל ממריצים, כלומר, אלגוריתמים, כלומר, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, אם ה-Flimate Power אלגוריתמים, אלגוריתמים, החל אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים,

אינטגרציה: Powerמודולs ו- Embedd Passives

המגמה לקראת שילוב נוסף ממשיכה.מרכיבים של Solid-state משולבים לתוך מודולי חשמל המכילים מתגים מרובים, חיישנים שער, חיישנים טמפרטורה והגנה על תקלות בחבילה אחת.לדוגמה, מודול "IGBT חכם" עבור כונן המנוע כולל נהג משולב והגנה עדכנית יותר, רכיבים פסיביים משובצים (capacitors ו inducators בתוך ה- PCB substrate) מבטלים את האינטגרציה השנתית הזו.

גליום אוקסיד ומכשירי יהלומים?

קבוצות מחקר חוקרות אפילו יותר חומרים אקזוטיים.גליום oxide (Ga2O3) יש להקות של 4.9 eV, מבטיח אפילו יותר חסימת מתח שולי (בדרך כלל מעל 10 kV) הסגירה העיקרית שלה היא התנהגות תרמית גרועה - החילוץ חום הופך לבעיה גדולה.יהלום, עם פיזור של 5.5V והתנהלות תרמית הגבוהה ביותר של כל חומר, יכול להיות הכוח האולטימטיבי, אך ורק כמה שנים לא פתורות, אבל הוא רק קיבולת גבוהה יותר.

שיקולים נבחרים ל- Solid-state Components

וולט ודירוגים נוכחיים

(ב) ,ל"ד: "ה' אלקים" (ב) "ה') "ה' (ה')" (ב"ב)" (ב"ב)"ב[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]] [[1924

החלפת תדירות לעומת הפסדים

(ה) הפחתה של גודל מגנטי, אך מגבירה את אובדן המעבר (החלים וההפסדים של הטורף), בתוספת אובדן ליבה במחנך) השתמש בנתון של אובדן כמו FLT:0RIRFLT:1:2DS(on)FLT 3: ×FLT:4QFLT:5 LT: LT6GGREFGREL ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ניהול ההרחבה Thermal Management from the Start

למקם את הנתיב התרמי מוקדם. השתמש בניתוח אלמנט סופי (FEA) כדי למפות טמפרטורות מתחת לתנאי הסימון הגרועים ביותר. שקול להשתמש במערך דרך תרמי תחת מקטע הכוח כדי להפיץ חום למטוס נחושת פנימי.עבור חבילות D-247 או D2PAK, להשתמש בשכיור חום ייעודי עם אוויר מאולץ אם זיהום טבעי אינו מספיק.

בדיקה חוזרת

Qualify מרכיבים של המדינה מוצקה עבור יישומים של אמינות גבוהה באמצעות HALT (מבחן חיים מואץ מאוד) ו HTRB (הטיה הפוכה עתירה גבוהה) בדיקות.חפש רכיבים עם רכב (AEC-Q101) או צבאי (MIL-PRF-19500) אם הסביבה היא חמורה. עבור עיצובים מסחריים, מעקב אחר שיעורי הכשל באמצעות נתונים ומימוש יחידות קריטיות על יחידות קריטיות.

מסקנה: היתרון של המדינה הסולידריות הוא הרתעה

אימוץ מרכיבים של מדינת מוצק מעלה אמינות אספקת חשמל מאלפי שעות למאות אלפי שעות על ידי חיסול ללבוש מכני, המאפשר יעילות גבוהה להתנצלות, ומאפשר לאינטליגנציה דיגיטלית, ממירי כוח מבוססי למחצה, עכשיו יוצרים את עמוד השדרה של מרכזי נתונים, כלי רכב חשמליים, מערכות רפואיות, ופלטפורמות אוויריות מוצקות. מהנדסים עומדים בפני אתגרים מתמשכים בניהול תרמי, הגנה, מניעת USB, אך ורק על ידי אינטגרציה מהירה של 5 מדינות, ללא אמצעי הגנה מפנים, או הגנה מפני ציוד הגנה מפנים מהירים יותר, או אינטגרטיביים, או אינטגרטיביים, ללא אמצעי הגנה מפני ציוד הגנה מפני יעילות גבוהה יותר, או יעילות גבוהה יותר, אך ורק על בסיס מערכת ההפעלה של כוח, ללא אמצעי הגנה מפני יעילות גבוהה יותר, או מערכת ההפעלה של כוח, או מערכת ההפעלה של כוח.