automation

ساده سازی طرح های آی سی قدرت: 3 شرکت با سیستم های تبدیل نیرو مقابله می کنند
02 ژوئیه 2021 توسط آنتونیو آنزلدوآ جونیور.
ساده کردن طرح ها هرگز آسان نیست، به خصوص با قدرت. پس چگونه این سه شرکت با ساده‌سازی سیستم‌های تبدیل توان مقابله کردند؟

ساده‌سازی طراحی هرگز آسان نیست، حتی اگر می‌خواهید کوچکترین و کم‌ترین مقدار فضا را آزاد کنید. این چالش به ویژه زمانی که به قدرت می رسد صادق است.

سیستم‌های تبدیل توان (PCS) اغلب شامل افزونگی و تنظیم ولتاژ می‌شوند که به نوبه خود به اجزای بیشتر و در نتیجه مشکلات بیشتری در طراحی چیدمان نیاز دارد.

نمونه ای از PCS با استفاده از ماسفت SiC.

نمونه ای از PCS با استفاده از ماسفت SiC. تصویر استفاده شده توسط Infineon

این نیاز به توان و جزء می تواند به ویژه برای کاربردهای صنعتی، موتورها و پمپ ها صادق باشد، جایی که راندمان توان و اتلاف کم ضروری است.

با وجود چالش‌هایی که برای ساده‌سازی طراحی وجود دارد، به طور مداوم برای آن تلاش می‌شود. به تازگی، سه شرکت محصولات جدیدی را معرفی کرده اند که ادعا می کنند سیستم های تبدیل توان را ساده کرده و کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می بخشند.

اولین محصول شرکتی که این مقاله به آن می پردازد مبدل AC/DC از ROHM است.

ROHM یک ماسفت SiC را به مبدل AC/DC اضافه می کند
در تنظیمات صنعتی، نقش منبع تغذیه کمکی تغییر می کند زیرا باید سطوح ولتاژ DC متفاوتی را برای درایورهای دروازه و واحدهای کنترل ارائه کند.

طراحان قدرت اغلب با به دست آوردن سیستم‌های با راندمان بالا دست و پنجه نرم می‌کنند و هنگام استفاده از دستگاه‌های MOSFET سیلیکونی معمولی (Si) تلفات زیادی را تجربه می‌کنند. یک راه حل استاندارد صنعتی با افزودن یک هیت سینک و اجزای مجزای اضافی برای بهبود راندمان و احتمالاً کاهش تلفات برق یافت می شود.

ROHM Semiconductor، یک توسعه دهنده پیشرو در IC های قدرت، به دلیل ایجاد دستگاه هایی که اغلب عملکرد نیمه هادی های قدرت کاربید سیلیکون (SiC) را بهبود می بخشد، شناخته شده است. اخیرا، ROHM ادعا می کند که اولین مدار یکپارچه مبدل AC/DC (IC) خود را با یک ماسفت داخلی 1700 ولت SiC راه اندازی کرده است.

این طرح شامل مبدل ROHM، BM2SC12xFP2-LBZ است که به صراحت برای منابع تغذیه کمکی در کاربردهای صنعتی طراحی شده است. این شامل چراغ های خیابانی تجاری و اینورترهای سیستم های تهویه مطبوع تجاری و درایوهای سروو AC است.

این مبدل در یک منبع تغذیه کمکی 400 VAC، 48 وات خروجی آزمایش شد، قابلیت نصب خودکار برد را فعال کرد و نیاز به قطعات خارجی را کاهش داد.

این مبدل در یک منبع تغذیه کمکی 400 VAC، 48 وات خروجی آزمایش شد، قابلیت نصب خودکار برد را فعال کرد و نیاز به قطعات خارجی را کاهش داد. تصویر استفاده شده توسط ROHM

مبدل ROHM مبتنی بر شبه تشدید (QR) است که به مدار اجازه می دهد تلفات برق را کاهش دهد و در عین حال قابلیت اطمینان محصول را با به حداقل رساندن خرابی قطعات افزایش دهد. با افزایش قابلیت اطمینان و صرفه جویی در مصرف انرژی، راندمان انرژی کلی را می توان تا 5 درصد افزایش داد.

علاوه بر این نسخه، ROHM یک برد ارزیابی مرجع طراحی را نیز ارائه می‌کند که می‌تواند با این مبدل کوپل شود، که سپس برد می‌تواند تا 48 وات در 400 VAC بدون نیاز به هیت سینک ارائه دهد.

با اجتناب از یک راه حل استاندارد مانند یک ماسفت Si همراه با یک آی سی کنترل درایو Si، بازده تبدیل توان می تواند از 78.5٪ به 83.5٪ برسد.

مزیت بالقوه دیگری که ROHM ادعا می کند که این مبدل جدید نویز کمتری نسبت به سیستم های PWM معمولی دارد که مستقیماً بر تجهیزات پایین دست تأثیر می گذارد. جدای از حذف نیاز به قطعات خارجی، این مبدل سطوح مختلفی از حفاظت را ارائه می دهد: عملکرد شروع نرم، عملکرد عملیات انفجاری، محدود کننده جریان بیش از حد در هر سیکل، حفاظت در برابر ولتاژ و حفاظت اضافه بار.

اگرچه ساده‌سازی طراحی ROHM برای ساده‌سازی و ایجاد یک جزء بهتر تلاش می‌کند، نیمه هادی ON نیز با ماژول‌های تصحیح ضریب توان خود پیشرفت‌هایی را انجام می‌دهد.

روی ماژول های تصحیح ضریب توان نیمه هادی
در الکترونیک قدرت، ضریب توان باید تا حد امکان نزدیک به یک باشد زیرا این نشان دهنده کارایی انرژی تلف شده است. با این حال برنامه نویسی پی ال سی، این یک وضعیت "ایده‌آل" خواهد بود، که در آن، در اکثر مواقع، نسبت ضریب توان کمتر از یک می‌شود و برای اصلاح آن به اجزای اضافی نیاز است.

تصحیح ضریب توان (PFC) به بهبود ضریب توان با اعمال راکتانس عمدی برای کاهش اثرات سایر اندوکتانس ها اشاره دارد، جایی که می توانید بانک های خازن بزرگ را پیدا کنید. هدف آنها متعادل کردن اثرات سلف ها در سیستم برای اصلاح ضریب توان است.

اخیراً، از جمله FPC، ON Semiconductor ماژول‌های جدید مبدل-اینورتر-PFC یکپارچه خود را برای درایوهای موتور صنعتی، درایوهای سروو، و فن‌ها و پمپ‌های HVAC معرفی کرد.

یک نمودار شماتیک برای NXH50M65L4C2ESG. تصویر استفاده شده توسط ON Semiconductor

NXH50M65L4C2SG و NXH50M65L4C2ESG ماژول‌های یکپارچه قدرت قالب‌گیری شده انتقالی (TMPIM) هستند که بر اساس زیرلایه استاندارد اکسید آلومینیوم (AI203) و زیرلایه با مقاومت حرارتی کم افزایش یافته‌اند. این ماژول های مبدل-اینورتر-PFC دارای ولتاژ 650 ولت برای 50 آمپر هستند که می توانند t را تبدیل کنند.

از طریق سیستم های تک فاز و 3 فاز معکوس.

این ماژول ها برای سیستم های قوی طراحی شده اند و مجهز به ترمیستور تعبیه شده ای هستند که دمای دستگاه را در حین کار کنترل می کند. هر یک از مبدل‌های ماژول را می‌توان با آخرین NCD57252، درایور گیت دو کاناله IGBT/MOSFET Isolated ON جفت کرد. با انجام این کار، طراح به طور بالقوه می تواند اتلاف گرما را کاهش دهد، قابلیت اطمینان را افزایش دهد، و برای موتورهای استاندارد رانندگی صنعتی مقرون به صرفه شود.

محصول نهایی که این مقاله به آن می پردازد، یک تنظیم کننده گام به گام جدید از STMicroelectronics است.

رگولاتورهای کاهش سنکرون STMicroelectronics
STMicroelectronics اخیراً برای جمع‌آوری شرکت‌های مختلفی که برای ساده‌سازی طراحی برق کار می‌کنند، رگولاتورهای یکپارچه 1.5 A را راه‌اندازی کرده است.

STMicroelectronics L6981، رگولاتورهای گام به گام همزمان، توسعه ای از خط موجود مبدل های با راندمان بالا است. این عضو جدید خانواده ادعا می کند که منابع تغذیه را با یکپارچه سازی عناصر برق، مدار بازخورد و ویژگی های ایمنی روی تراشه ساده می کند.

ST بیان می کند که این رگولاتورها برای ارائه حداکثر 1.5 A به بار با بازده معمولی 90 درصد در بار کامل رتبه بندی شده اند. طراح همچنین می تواند مبدل هایی را اضافه کند که برای کارایی بار سبک و عملکرد نویز بهینه شده اند.

یک بلوک دیاگرام برای L6981.

یک بلوک دیاگرام برای L6981. تصویر استفاده شده توسط STMicroelectronics

دو نوع این رگولاتورها دارای ولتاژ ورودی از 3.5 ولت تا 38 ولت هستند که می تواند آنها را در تجهیزات مختلف صنعتی مناسب کند. یک ویژگی کلیدی این است که چگونه ولتاژ خروجی از 0.85 ولت تا مقدار ولتاژ ورودی با استفاده از مقاومت های خارجی قابل تنظیم است.

این عضو جدید خانواده تنظیم کننده ST می تواند برای طراحانی که به دنبال انعطاف پذیری بیشتری در طراحی قدرت خود هستند مفید باشد.

ساده سازی ساده سازی ها
در پایان، برای اینکه طراحان طرح های آی سی قدرت را ساده کنند، باید مشخصات طراحی را رعایت کنند. با این حال، راه حل های جدید اغلب می تواند کار را بسیار آسان تر کند.

به عنوان مثال، با استفاده از مبدل AC/DC ROHM، طراحان می توانند قطعات خارجی را حذف کرده و کارایی را افزایش دهند. با پیاده سازی راه حل PFC ON Semiconductor، طراحان این پتانسیل را دارند که اندوکتانس و نویز ناخواسته را در سیستم های بزرگ کاهش دهند. و در آخر، STMicroelectronics قصد دارد به طراحان انعطاف‌پذیری با مصرف برق بهبود یافته در طول تبدیل تک فاز به وارونگی 3 فاز بدهد.

ساده سازی طرح های آی سی قدرت: 3 شرکت با سیستم های تبدیل نیرو مقابله می کنند
02 ژوئیه 2021 توسط آنتونیو آنزلدوآ جونیور.
ساده کردن طرح ها هرگز آسان نیست، به خصوص با قدرت. پس چگونه این سه شرکت با ساده‌سازی سیستم‌های تبدیل توان مقابله کردند؟

ساده‌سازی طراحی هرگز آسان نیست، حتی اگر می‌خواهید کوچکترین و کم‌ترین مقدار فضا را آزاد کنید. این چالش به ویژه زمانی که به قدرت می رسد صادق است.

سیستم‌های تبدیل توان (PCS) اغلب شامل افزونگی و تنظیم ولتاژ می‌شوند که به نوبه خود به اجزای بیشتر و در نتیجه مشکلات بیشتری در طراحی چیدمان نیاز دارد.

نمونه ای از PCS با استفاده از ماسفت SiC.

نمونه ای از PCS با استفاده از ماسفت SiC. تصویر استفاده شده توسط Infineon

این نیاز به توان و جزء می تواند به ویژه برای کاربردهای صنعتی، موتورها و پمپ ها صادق باشد، جایی که راندمان توان و اتلاف کم ضروری است.

با وجود چالش‌هایی که برای ساده‌سازی طراحی وجود دارد، به طور مداوم برای آن تلاش می‌شود. به تازگی، سه شرکت محصولات جدیدی را معرفی کرده اند که ادعا می کنند سیستم های تبدیل توان را ساده کرده و کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می بخشند.

اولین محصول شرکتی که این مقاله به آن می پردازد مبدل AC/DC از ROHM است.

ROHM یک ماسفت SiC را به مبدل AC/DC اضافه می کند
در تنظیمات صنعتی، نقش منبع تغذیه کمکی تغییر می کند زیرا باید سطوح ولتاژ DC متفاوتی را برای درایورهای دروازه و واحدهای کنترل ارائه کند.

طراحان قدرت اغلب با به دست آوردن سیستم‌های با راندمان بالا دست و پنجه نرم می‌کنند و هنگام استفاده از دستگاه‌های MOSFET سیلیکونی معمولی (Si) تلفات زیادی را تجربه می‌کنند. یک راه حل استاندارد صنعتی با افزودن یک هیت سینک و اجزای مجزای اضافی برای بهبود راندمان و احتمالاً کاهش تلفات برق یافت می شود.

ROHM Semiconductor، یک توسعه دهنده پیشرو در IC های قدرت، به دلیل ایجاد دستگاه هایی که اغلب عملکرد نیمه هادی های قدرت کاربید سیلیکون (SiC) را بهبود می بخشد، شناخته شده است. اخیرا، ROHM ادعا می کند که اولین مدار یکپارچه مبدل AC/DC (IC) خود را با یک ماسفت داخلی 1700 ولت SiC راه اندازی کرده است.

این طرح شامل مبدل ROHM، BM2SC12xFP2-LBZ است که به صراحت برای منابع تغذیه کمکی در کاربردهای صنعتی طراحی شده است. این شامل چراغ های خیابانی تجاری و اینورترهای سیستم های تهویه مطبوع تجاری و درایوهای سروو AC است.

این مبدل در یک منبع تغذیه کمکی 400 VAC، 48 وات خروجی آزمایش شد، قابلیت نصب خودکار برد را فعال کرد و نیاز به قطعات خارجی را کاهش داد.

این مبدل در یک منبع تغذیه کمکی 400 VAC، 48 وات خروجی آزمایش شد، قابلیت نصب خودکار برد را فعال کرد و نیاز به قطعات خارجی را کاهش داد. تصویر استفاده شده توسط ROHM

مبدل ROHM مبتنی بر شبه تشدید (QR) است که به مدار اجازه می دهد تلفات برق را کاهش دهد و در عین حال قابلیت اطمینان محصول را با به حداقل رساندن خرابی قطعات افزایش دهد. با افزایش قابلیت اطمینان و صرفه جویی در مصرف انرژی، راندمان انرژی کلی را می توان تا 5 درصد افزایش داد.

علاوه بر این نسخه، ROHM یک برد ارزیابی مرجع طراحی را نیز ارائه می‌کند که می‌تواند با این مبدل کوپل شود، که سپس برد می‌تواند تا 48 وات در 400 VAC بدون نیاز به هیت سینک ارائه دهد.

با اجتناب از یک راه حل استاندارد مانند یک ماسفت Si همراه با یک آی سی کنترل درایو Si، بازده تبدیل توان می تواند از 78.5٪ به 83.5٪ برسد.

مزیت بالقوه دیگری که ROHM ادعا می کند که این مبدل جدید نویز کمتری نسبت به سیستم های PWM معمولی دارد که مستقیماً بر تجهیزات پایین دست تأثیر می گذارد. جدای از حذف نیاز به قطعات خارجی، این مبدل سطوح مختلفی از حفاظت را ارائه می دهد: عملکرد شروع نرم، عملکرد عملیات انفجاری، محدود کننده جریان بیش از حد در هر سیکل، حفاظت در برابر ولتاژ و حفاظت اضافه بار.

اگرچه ساده‌سازی طراحی ROHM برای ساده‌سازی و ایجاد یک جزء بهتر تلاش می‌کند، نیمه هادی ON نیز با ماژول‌های تصحیح ضریب توان خود پیشرفت‌هایی را انجام می‌دهد.

روی ماژول های تصحیح ضریب توان نیمه هادی
در الکترونیک قدرت، ضریب توان باید تا حد امکان نزدیک به یک باشد زیرا این نشان دهنده کارایی انرژی تلف شده است. با این حال برنامه نویسی پی ال سی، این یک وضعیت "ایده‌آل" خواهد بود، که در آن، در اکثر مواقع، نسبت ضریب توان کمتر از یک می‌شود و برای اصلاح آن به اجزای اضافی نیاز است.

تصحیح ضریب توان (PFC) به بهبود ضریب توان با اعمال راکتانس عمدی برای کاهش اثرات سایر اندوکتانس ها اشاره دارد، جایی که می توانید بانک های خازن بزرگ را پیدا کنید. هدف آنها متعادل کردن اثرات سلف ها در سیستم برای اصلاح ضریب توان است.

اخیراً، از جمله FPC، ON Semiconductor ماژول‌های جدید مبدل-اینورتر-PFC یکپارچه خود را برای درایوهای موتور صنعتی، درایوهای سروو، و فن‌ها و پمپ‌های HVAC معرفی کرد.

یک نمودار شماتیک برای NXH50M65L4C2ESG. تصویر استفاده شده توسط ON Semiconductor

NXH50M65L4C2SG و NXH50M65L4C2ESG ماژول‌های یکپارچه قدرت قالب‌گیری شده انتقالی (TMPIM) هستند که بر اساس زیرلایه استاندارد اکسید آلومینیوم (AI203) و زیرلایه با مقاومت حرارتی کم افزایش یافته‌اند. این ماژول های مبدل-اینورتر-PFC دارای ولتاژ 650 ولت برای 50 آمپر هستند که می توانند t را تبدیل کنند.

از طریق سیستم های تک فاز و 3 فاز معکوس.

این ماژول ها برای سیستم های قوی طراحی شده اند و مجهز به ترمیستور تعبیه شده ای هستند که دمای دستگاه را در حین کار کنترل می کند. هر یک از مبدل‌های ماژول را می‌توان با آخرین NCD57252، درایور گیت دو کاناله IGBT/MOSFET Isolated ON جفت کرد. با انجام این کار، طراح به طور بالقوه می تواند اتلاف گرما را کاهش دهد، قابلیت اطمینان را افزایش دهد، و برای موتورهای استاندارد رانندگی صنعتی مقرون به صرفه شود.

محصول نهایی که این مقاله به آن می پردازد، یک تنظیم کننده گام به گام جدید از STMicroelectronics است.

رگولاتورهای کاهش سنکرون STMicroelectronics
STMicroelectronics اخیراً برای جمع‌آوری شرکت‌های مختلفی که برای ساده‌سازی طراحی برق کار می‌کنند، رگولاتورهای یکپارچه 1.5 A را راه‌اندازی کرده است.

STMicroelectronics L6981، رگولاتورهای گام به گام همزمان، توسعه ای از خط موجود مبدل های با راندمان بالا است. این عضو جدید خانواده ادعا می کند که منابع تغذیه را با یکپارچه سازی عناصر برق، مدار بازخورد و ویژگی های ایمنی روی تراشه ساده می کند.

ST بیان می کند که این رگولاتورها برای ارائه حداکثر 1.5 A به بار با بازده معمولی 90 درصد در بار کامل رتبه بندی شده اند. طراح همچنین می تواند مبدل هایی را اضافه کند که برای کارایی بار سبک و عملکرد نویز بهینه شده اند.

یک بلوک دیاگرام برای L6981.

یک بلوک دیاگرام برای L6981. تصویر استفاده شده توسط STMicroelectronics

دو نوع این رگولاتورها دارای ولتاژ ورودی از 3.5 ولت تا 38 ولت هستند که می تواند آنها را در تجهیزات مختلف صنعتی مناسب کند. یک ویژگی کلیدی این است که چگونه ولتاژ خروجی از 0.85 ولت تا مقدار ولتاژ ورودی با استفاده از مقاومت های خارجی قابل تنظیم است.

این عضو جدید خانواده تنظیم کننده ST می تواند برای طراحانی که به دنبال انعطاف پذیری بیشتری در طراحی قدرت خود هستند مفید باشد.

ساده سازی ساده سازی ها
در پایان، برای اینکه طراحان طرح های آی سی قدرت را ساده کنند، باید مشخصات طراحی را رعایت کنند. با این حال، راه حل های جدید اغلب می تواند کار را بسیار آسان تر کند.

به عنوان مثال، با استفاده از مبدل AC/DC ROHM، طراحان می توانند قطعات خارجی را حذف کرده و کارایی را افزایش دهند. با پیاده سازی راه حل PFC ON Semiconductor، طراحان این پتانسیل را دارند که اندوکتانس و نویز ناخواسته را در سیستم های بزرگ کاهش دهند. و در آخر، STMicroelectronics قصد دارد به طراحان انعطاف‌پذیری با مصرف برق بهبود یافته در طول تبدیل تک فاز به وارونگی 3 فاز بدهد.