Шумахер У. Полупроводниковая электроника
.pdfINFSEMI_2-Text.fm, стр. 126 из 589 (September 3, 2010, 15:12) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
126 3. Силовые полупроводниковые приборы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Изменение требований к параметрам генераторов |
3.6.8. Тенденции развития |
|
|
|||||||||||||||
|
Выходная |
|
|
|
|
|
|
|
автомобильной электроники |
|
||||||||
6.0 |
|
|
|
|
>140 A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
мощность [кВт] |
|
|
|
В автомобильной электронике силовые |
||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
полупроводниковые приборы необходимы |
|||||||||||
4.6 |
|
|
|
|
110 A |
|
практически в любой области, где требуют- |
|||||||||||
3.7 |
|
|
|
90 A |
|
|
ся |
нововведения. С |
одной стороны, |
они |
||||||||
|
|
220 A |
|
|
|
должны обеспечивать сокращение расходов, |
||||||||||||
3.1 |
|
|
|
Интегрированный |
||||||||||||||
190 A |
|
|
а с другой — улучшать характеристики авто- |
|||||||||||||||
2.5 |
|
|
стартер-генератор |
|||||||||||||||
150 A |
|
|
|
|
|
мобилей. Несомненно, в ближайшем буду- |
||||||||||||
2.1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
120 A |
|
|
|
|
|
щем одним из наиболее важных параметров |
||||||||||||
1.7 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
14 В 14 В 14 В |
14 В |
42 В |
42 В |
42 В |
станет эффективность использования топ- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
лива. И силовые полупроводниковые при- |
|||||||||||
Традиционная конструкция |
Новая технология |
боры могут внести значительный вклад в |
||||||||||||||||
повышение указанной эффективности. |
|
|||||||||||||||||
|
1995 |
|
|
2005 |
|
2010 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рис. 3.98. Диаграмма роста энергопотребле- |
|
|
Мировой рынок автомобильной электроники |
|||||||||||||||
|
|
ния в автомобиле. |
|
|
|
|||||||||||||
потребление |
топлива на 100 км |
пути на |
|
|
Развлекательная электроника |
|
|
|||||||||||
|
20 |
Кузовная электроника |
|
|
CAGR |
|||||||||||||
1.5 л. Если увеличить напряжение генерато- |
|
Устройства безопасности |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
01-06 |
|||||||||||||||
|
18 |
Электроника для упр. трансмиссией |
||||||||||||||||
ра до 42 В, то повышение расхода топлива |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
[млрд.] |
16 |
|
|
|
|
|
|
14.2 |
15.0 |
7.0% |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
шено на 0.3 л — до 1.2 л на 100 км. По этой |
|
|
11.1 |
|
13.4 |
|
8.1% |
|||||||||||
|
|
|
|
3.2 |
|
|||||||||||||
на киловатт мощности может быть умень- |
|
14 |
|
|
|
12.2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
10.8 |
|
|
|
|
3.5 |
|
||||
причине количество используемых элект- |
США |
12 |
|
2.7 |
2.9 |
|
|
|
||||||||||
10 |
|
|
2.5 |
|
|
|
3.7 |
|
||||||||||
ронных приборов значительно увеличится. |
2.4 |
|
|
|
3.5 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Доллары |
8 |
|
|
|
3.3 |
|
8.4% |
|||||||||||
в автомобилях открываются возможности |
3.0 |
|
3.1 |
3.5 |
|
|
||||||||||||
|
4.0 |
|
|
9.1% |
||||||||||||||
С применением более мощных генераторов |
|
6 |
2.5 |
|
2.6 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3 |
4.6 |
|
||
использования |
новых |
систем, |
например |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
электронного клапанного механизма, элек- |
|
2 |
2.9 |
|
2.9 |
3.0 |
3.2 |
3.2 |
3.3 |
2.2% |
||||||||
троусилителя рулевого управления, элект- |
|
0 |
2001 |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
2006 |
|
|||||||||
ромагнитной тормозной системы или даже |
|
|
|
|||||||||||||||
электростатических |
экранов или систем |
|
|
|
Источник: журнал «Strategy Analytics» 09/2001 |
|||||||||||||
обогрева салона. Для новых, а также для |
Рис. 3.100. Диаграмма развития рынка автомо- |
|||||||||||||||||
широко распространённых на сегодняшний |
|
бильной электроники в 2001—2006 годах |
||||||||||||||||
день устройств, необходимо будет перера- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ботать все интеллектуальные силовые ИС с |
|
Если |
взглянуть на |
развитие |
мирового |
|||||||||||||
14 В на 42 В. Компания Infineon является |
|
|||||||||||||||||
рынка автомобильной |
электроники |
(см. |
||||||||||||||||
первым в мире производителем полупро- |
||||||||||||||||||
Рис. 3.100), то его рост составляет 9 и более |
||||||||||||||||||
водниковых |
приборов, |
который |
это осу- |
|||||||||||||||
процентов |
в год (CAGR |
— совокупный |
||||||||||||||||
ществил и, начиная с конца 2002 года, раз- |
||||||||||||||||||
среднегодовой темп роста). |
|
|
|
|||||||||||||||
работал и предоставил для использования |
|
|
|
|||||||||||||||
|
Наиболее важной в настоящее время ос- |
|||||||||||||||||
необходимые |
интеллектуальные |
силовые |
|
|||||||||||||||
таётся область систем безопасности, её еже- |
||||||||||||||||||
технологии |
изготовления ИС и первый |
|||||||||||||||||
годный рост, составляющий 9.1%, является |
||||||||||||||||||
полный комплект приборов (см. Рис. 3.99). |
||||||||||||||||||
наибольшим. Если |
рассматривать только |
|||||||||||||||||
|
Данные ИС полностью охватывают тра- |
|||||||||||||||||
|
силовую электронику без учёта микроконт- |
|||||||||||||||||
диционные области применения, такие как |
||||||||||||||||||
роллеров, ИС обработки сигналов и датчи- |
||||||||||||||||||
кузовная электроника, трансмиссия и систе- |
||||||||||||||||||
ков, тогда темпы развития рынка будут зна- |
||||||||||||||||||
ма безопасности. Кроме того, они могут ис- |
||||||||||||||||||
чительно |
выше. А внедрение, |
начиная с |
||||||||||||||||
пользоваться и в новой области — в «элект- |
||||||||||||||||||
2006 года, бортового напряжения автомо- |
||||||||||||||||||
ронных мускулах». Справа на рисунке пока- |
||||||||||||||||||
билей 42 В приведёт к дальнейшему росту |
||||||||||||||||||
заны группы приборов, требуемые для ука- |
||||||||||||||||||
объёмов продаж полупроводниковых при- |
||||||||||||||||||
занных областей, с входящими в них ИС и |
||||||||||||||||||
боров, поскольку реализация большинства |
||||||||||||||||||
их основными параметрами. Более подроб- |
||||||||||||||||||
устройств возможна только при использо- |
||||||||||||||||||
ную информацию об этом, а также о всех об- |
||||||||||||||||||
вании напряжения питания 42 В. |
|
|
||||||||||||||||
ластях применения можно найти в главе 9. |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
INFSEMI_2-Text.fm, стр. 129 из 589 (September 3, 2010, 15:12) |
||||||||
|
|
|
|
|
3.7. Источники питания и устройства электропривода |
129 |
|||||||||||
|
|
Основные компоненты традиционного |
|
Примером таких компонентов могут служить |
|||||||||||||
|
|
|
сетевого источника питания |
|
|
инновационные высоковольтные и низко- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вольтные MOSFET (выполненные по техно- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
логиям CoolMOS™ и OptiMOS™), новые ти- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
пы диодов и транзисторов на основе карбида |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
кремния (ThinQ™) и специальные высоко- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
интегрированные ИС замкнутых и разо- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мкнутых систем управления (CoolSET™). |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Принцип действия импульсных |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
источников питания |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Импульсные источники питания работа- |
|||||||||
Основные компоненты импульсного источника питания |
ют по принципу прерывателей выпрямлен- |
||||||||||||||||
Рис. 3.103. Компоненты импульсного источ- |
ного и отфильтрованного напряжения сети |
||||||||||||||||
на частоте, значительно превышающей час- |
|||||||||||||||||
ника питания имеют меньшую массу и габа- |
|||||||||||||||||
тоту |
сети |
|
переменного |
тока |
50 Гц |
||||||||||||
риты, чем компоненты традиционного источ- |
|
||||||||||||||||
(Рис. 3.104). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
ника питания такой же мощности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
более высокий КПД и, как следствие, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
меньший нагрев; |
|
|
|
|
|
|
|
Изоляция от сети |
|
Стабилизи- |
||||||
|
более низкие потери в дежурном режи- |
|
|
|
при помощи |
|
рованное |
||||||||||
Входное |
|
трансфорВыпрям- |
выходное |
||||||||||||||
|
ме; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
напряжение |
|
|
матора |
|
ление |
напряжение |
||||
возможность работы источника в широ- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ком |
диапазоне |
входных |
напряжений |
|
Выпрям- |
+ |
|
+ |
|
+ |
||||||
|
(85…245 В); |
|
|
|
|
|
|
ление |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
наличие |
электронной защиты, напри- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
мер от короткого замыкания. |
|
|
|
CoolSET |
TM |
|
|
|
|
|
||||||
|
В век глобального рынка электронных |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
ИС |
|
F = 20…250 кГц |
|
|||||||||||
приборов требуется как можно более широ- |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
кий диапазон входного напряжения источ- |
|
управления |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Усилитель |
|
||||||||||
ников питания. Например, устройство, раз- |
|
|
|
CoolMOSTM |
|
||||||||||||
работанное в Германии, может продаваться |
|
|
|
ошибки |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
и работать в странах с напряжением сети |
|
Напряжение |
|
|
|
|
|
||||||||||
переменного тока 110 В (включая США и |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
управления |
|
Оптопара |
|
|
|
|||||||||||
Японию) или в Европе или Азии, где на- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
пряжение сети переменного тока составля- |
Рис. 3.104. Блок-схема импульсного источни- |
||||||||||||||||
ет 220 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ка питания. |
|
|
|
|||||
|
Все большее количество устройств, нахо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
дясь в выключенном состоянии, теперь не |
При работе полупроводниковых компо- |
||||||||||||||||
отключаются от сети переменного тока вы- |
|||||||||||||||||
нентов в ключевом режиме присутствуют |
|||||||||||||||||
ключателем электропитания |
(телевизоры, |
||||||||||||||||
лишь потери на переключение и потери в |
|||||||||||||||||
видеомагнитофоны, |
персональные |
ком- |
|||||||||||||||
открытом состоянии ключа, что является |
|||||||||||||||||
пьютеры, |
зарядные |
устройства |
и |
т.д.). |
|||||||||||||
причиной характерного |
для импульсных |
||||||||||||||||
Вместо отключения от сети устройства пе- |
|||||||||||||||||
источников питания более высокого КПД |
|||||||||||||||||
реходят в дежурный режим, и, следователь- |
|||||||||||||||||
по сравнению с линейными схемами. Регу- |
|||||||||||||||||
но, потребляют незначительное количест- |
|||||||||||||||||
лирование |
напряжения |
осуществляется |
|||||||||||||||
во энергии. Таким образом, к снижению |
|||||||||||||||||
посредствам изменения коэффициента за- |
|||||||||||||||||
потребляемой мощности в дежурном режи- |
|||||||||||||||||
полнения импульсов при постоянной час- |
|||||||||||||||||
ме |
предъявляются |
жёсткие |
требования, |
||||||||||||||
тоте или изменением частоты при постоян- |
|||||||||||||||||
удовлетворение которых стало возможным |
|||||||||||||||||
ном и переменном коэффициенте заполне- |
|||||||||||||||||
при использовании импульсных источни- |
|||||||||||||||||
ния импульсов. Таким способом напряже- |
|||||||||||||||||
ков питания. |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
ние может быть преобразовано в напряже- |
|||||||||||||
|
Этому способствуют новые, более эффек- |
||||||||||||||||
|
ние |
любой |
другой требуемой формы с |
||||||||||||||
тивные пассивные и активные компоненты. |
|||||||||||||||||
последующим выпрямлением. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|