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→发表看法:[跳动的火花]功率应用中的挑战和应对——集成化的功率模



No.60941
作者:跳动的火花
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标题:跳动的火花:功率应用中的挑战和应对——集成化的功率模块[转帖]
摘要:No.60941功率应用中的挑战和应对——集成化的功率模块[转帖] 张三岭:本次演讲介绍一下我们在功率应用中对现有一些挑战的应对方案。飞兆半导体,有朋友知道是历史蛮悠久的半导体公司,以前号称硅谷之根。在功率类的应用里面,包括功率分离器件、功率模拟器件,今天介绍的模块,是模拟器件、分立器件、封装器件的结合。我的题目是功率应用中的挑战和应对,集成化的功率模块。
   
首先大家可以看到能源效率是日趋重要,EIA的统计数字,2010年全球电力消耗达到4200亿度,中国是全球第二大能耗地,仅次于美国。具体到中国的状况,这里有一个很重要的数字,在中国电耗的增加速度快过GDP的增加数字,这是非常不好的现象,会阻碍中国可持续发展的问题。电力的消耗增长速度超过 GDP增长速度。到2006年,中国已经是最大的电子产品生产基地,比如电视、洗衣机、冰箱等,都已经是千万级,稳居世界第一。为了应对日趋严重的能源消耗,世界各国,包括中国出台了很多很多的限制性的或者鼓励性的一些措施,提高能效。这是日本的能效标识,这是欧盟的,这两个大家听得比较多,一个是电子产品上面的节能标识,还有在白色家电上普遍采用的能效标识,大家很容易看到要买比较绿的,比较节能。下面是铜牌、银牌、金牌,最近听说还有白金牌,这些都是美国政府所出台的规定,比如PC机能耗比较节能,政府会有津贴,这就说明能源的消耗已经是全球性的问题。

我们可以看一下能源消耗在什么位置,从该研讨会主办方电子元件技术网([url=])和 我爱方案网([url=])统计数字表示,全世界电力消耗51%是在各种各样的驱动,各种各样的运动控制、运动驱动,51%,这是最大的一块,包括电力机车、电梯,小到电梯门、自动窗等等。照明19%,还有制热和制冷占16%,普遍可以看到的IT,包括通讯、手机、PC等等占到14%。这里面大头是运动和照明。在这里面才是具体用电单元的消耗。看一下节能的潜力有多大,从白炽灯泡转换成节能灯,可以节能75%。单向交流电机改为控制变速的电机可以节能40%。然后感应电机可以再节能5%。做好待机功耗,比如小于1瓦或者小于0.1瓦的功耗,可以把家庭用电降低5%到10%,底下这部分,这个是一个例子,我们以一个空调器为例,一个最传统的我们称为交流空调器或者定频空调器,它的耗电是100%,如果采用AC耗电的话可以降到80%,如果采用 DC直流可以降到60%。开关电源本身的升级换代可以大幅度提升能源效率,照明,这是一个CFL,更热的是LED,节能效益是很显著的。
但是问题是越是节能的系统,它的系统构成越复杂,控制包括转换的构成越复杂,这就带来一个挑战,就是今天我们要讨论的,比如说电力消耗最大的一块是电机的驱动,最传统的交流电,然后做一个开关,控制单向交流电机的供电或者是关断,定频的空调就是这样简单,只是增加了一个MCU,接收遥控器等等。压缩机我们认为就是一个电机。但是到了变频空调就复杂了很多,有EMI的处理单元,有整流单元,得到了DC,然后DC还要兵分两路,一路给变频器使用,另一路给控制板使用,各个部分都有自己的挑战。具体我们看一下,因为是变频,我们有一个从DC转到AC的过程,所以高速开关一定会存在,EMI是很重要的单元,有了这个之后,后面还是AC,AC转DC,你可以用PIC实现,也可以用整流槽实现,绝大部分以空调为例,都是PIC的。它这里要解决的是谐波失真,要符合规范,效率值要够高。它这部分也要考虑EMI,到了INVERTER部分,它有它的效率,它的方法、控制单元都有它的效率。再一个电流取样技术,也是一个重点。
自动粘贴原文来自 [url=]新型节能研讨会[/url] : [url=] 
电机本身也有效率,也有一个工作范围效率的考量,控制器,目前常见的有DSP的、MCU的,它也要处理无传感器的算法,以及无电流采样的算法,对 DSP和MCU技术也是挑战,总之,在这样一个系统里面,虽然能达到高效率,但是在技术实现角度来说,挑战处处都在。刚才那个是个图,从框架结构解释了一下变频电机系统所有的组成,这只是器件的分布和他们的组成关系,整流、PFC,PCF得到DC,这DSP或者MCU,这部分要做AC转DC的转换器,DSP需要供电,因此在这个里面,大家可以看到,有两个地方,我们用黄色的圈圈,圈起来,这是决定了整个系统的效率和性能,有UVW三项的变,每一路都需要IGBT,还要有二极管,还要有驱动电路,如果继续展开,这个驱动电路还可以展开为若干个三极管,若干个被动元件组成的电路,这样一个系统做一定能做得出来,但是能不能性能很稳定,能不能效率很高,能不能各项指标得到优化,这对系统设计工程师来说是蛮棘手的问题,他要考虑效率的问题,各项驱动如果速度太慢,速度不过高,EMI的问题,速度够高,EMI又 ......

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