高功率電源技術(shù)的案例
三相中大功率UPS電源的五大新技術(shù)
三相中大功率UPS電源滲透入生活的每一重要單元，目前主要運行在數(shù)據(jù)中心與關(guān)鍵電源兩種場景，在IDC、Colo、金融、電信、醫(yī)療、半導(dǎo)體、石油石化、機場、軌道交通、電力等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近三十年的市場推廣與實際使用，用戶對工頻機、高頻機、固定功率一體機、模塊化UPS等概念已經(jīng)有了深刻的理解。
近十年來，在大型及超大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體等行業(yè)需求的推動下，三相大功率UPS電源出現(xiàn)了很多新的理念與創(chuàng)新。本文對其中重要的五大新技術(shù)做簡單介紹。
1.電氣變換技術(shù)的三種運行模式
逆變器優(yōu)先
旁路優(yōu)先
超級旁路優(yōu)先
三相UPS走到今天，我們需要問自己一個問題：一定要采用雙變換電氣變換技術(shù)由逆變器提供1%精度交流電給負(fù)載供電嗎？1%的精度對負(fù)載很重要嗎？答案是否定的，業(yè)內(nèi)目前已經(jīng)發(fā)展出三種運行模式供用戶選擇使用。
逆變器優(yōu)先運行模式（雙變換）。如下圖示，從電氣變換技術(shù)角度來看，工頻機高頻機都是采用的雙變換在線式技術(shù)，即能量經(jīng)過整流器逆變器兩次能量變換后，由逆變器提供電壓精度為1%、諧波含量小于5%的正弦波交流電給負(fù)載供電。這種運行模式也可以稱為：逆變器優(yōu)先運行模式（雙變換）。
逆變器優(yōu)先運行模式的優(yōu)勢是輸出電壓精度高達(dá)1%。劣勢是由于能量的兩次100%轉(zhuǎn)換，在正常15-60%負(fù)荷下，UPS整機效率較低僅88-95%。同時電流每秒鐘都流經(jīng)整流器、逆變器、電容等功率器件，元器件疲勞老化嚴(yán)重，壽命降低，導(dǎo)致UPS可用性降低。而可用性才是用戶對UPS的最重要需求。
回過頭來看，逆變器優(yōu)先模式（雙變換）本身就是一種低可用性的運行模式。這是這么多年以后大家才痛苦認(rèn)識到的一個事實。
有沒有新的思路？500VA的小功率的后備式UPS和5KVA的在線互動式UPS正常情況下是旁路市電輸出供電，不是也保護(hù)了IT負(fù)荷嗎？
展開 深度解讀丨高功率密度集成電驅(qū)動技術(shù)
純電動車通過克服里程焦慮和提供高性能等技術(shù)進(jìn)步使得這兩個因素正在慢慢提高電動汽車的市場接受度。能源部(DOE)車輛技術(shù)辦公室(VTO) 在美國驅(qū)動電氣和電子技術(shù)團(tuán)隊(EETT) 路線圖中宣布了2025年電動驅(qū)動組件的技術(shù)目標(biāo)，以支持電動汽車的大眾市場推廣。
路線圖中的技術(shù)指南設(shè)定了將功率處理能力提高近兩倍（55kW至100kW）的目標(biāo)。此外，電力電子控制器的功率密度目標(biāo)設(shè)置為增加5.6倍（18kW/L至100 kW/L），這需要功率模塊的高度集成以減少占用空間（例如減少電氣寄生和提高熱性能），牽引電機的功率密度目標(biāo)也從9kW/L提高到50kW/L。最后，與當(dāng)時道路車輛狀態(tài)相比，到2025年，100kW系統(tǒng)的系統(tǒng)功率密度目標(biāo)有望提高5.5倍（6 kW/L至33kW/L）。
本文的目的是概述汽車行業(yè)采用的電驅(qū)動技術(shù)。已經(jīng)分析和比較了幾種商業(yè)化的電驅(qū)動系統(tǒng)，包括對電力電子和電機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，最先進(jìn)技術(shù)的功率模塊，電容技術(shù)等。最后，討論了幾種可實現(xiàn)DOE2025功率密度目標(biāo)的技術(shù)。
2. 汽車牽引應(yīng)用中的電驅(qū)動系統(tǒng)
牽引應(yīng)用中的電驅(qū)動在效率、功率密度和成本方面的要求非常苛刻。多年來，汽車制造商采用各種技術(shù)來實現(xiàn)高效率和高功率密度的解決方案。橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 一直致力于了解這些商業(yè)化的電動汽車技術(shù)。一些分析的電驅(qū)動系統(tǒng)規(guī)格和功率密度總結(jié)在表I中。表I中顯示的額定功率并不總是持續(xù)功率，只有Nissan Leaf具有接近額定功率的持續(xù)能力。從表中可以看出，2014款本田雅閣和2016款寶馬i3的驅(qū)動系統(tǒng)功率密度最高，均能提供高達(dá)125kW的峰值功率。這些額定功率接近2025年路線圖中的目標(biāo)額定功率。
展開 關(guān)于高功率LED封裝的高效散熱技術(shù)
高功率高亮度發(fā)光二極體（LED）以其出色的色彩飽和度和使用壽命長的特點正滲透到一些照明應(yīng)用中。然而，對熱設(shè)計師來說，防止LED過熱是最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，通過計算流體動力（CFD）模擬LED組件在應(yīng)用設(shè)計過程中變得越來越重要。本文分別比較了有散熱器和無散熱器時在星型金屬芯印刷電路板（MCPCB）上使用高功率LED封裝的實驗結(jié)果。比較討論之后，就帶散熱器時LED封裝的散熱建模技術(shù)案例做了闡述。 CFD建模結(jié)果充滿了希望，并說明這種技術(shù)可用于LED系統(tǒng)級的評估。本文還討論了在LED封裝中使用散熱介面材料的影響。
預(yù)測LED熱性能正成為幫助縮短上市時間所不可或缺的一種能力。然而，隨著熱通量和封裝密度日益增加，LED封裝模塊的散熱正變得越來越具挑戰(zhàn)性，熱分析和LED模塊設(shè)計也變得越來越重要。因此，在設(shè)計早期CFD仿真已成為一種廣泛使用的電子產(chǎn)品熱分析方法。CFD與流體流動的數(shù)值分析，熱傳導(dǎo)和其他相關(guān)過程如輻射一同受到關(guān)注。
本文介紹了生成帶有散熱器的高功率LED星型封裝所需完成的工序。首先，生成詳細(xì)的LED封裝星型襯底模型，然后在LED星型封裝底部生成散熱器。最后，將模擬數(shù)據(jù)同實驗數(shù)據(jù)相比較。另外我們所關(guān)注的方面是LED封裝上散熱介面材（TIM）產(chǎn)生的影響。目的是顯示不同焊線厚度(BLT)下TIM的特點和陷入TIM內(nèi)的空隙的百分比。
熱建模技術(shù)
使用Flotherm——來自Flomerics公司的CFD工具，模擬LED封裝即星型襯底(MCPCB)。建立詳細(xì)模型，以比較與實際測量值的錯誤百分率。圖1所示為LED封裝配置。焊料填補在封裝和襯底間。當(dāng)封裝達(dá)到最大功率1.3瓦時，標(biāo)準(zhǔn)自然和強迫對流空氣冷卻都無法將結(jié)溫保持在可接受范圍之內(nèi)，即125℃及以下。
附加的散熱器作用在于幫助達(dá)到溫度要求。
展開 羅海輝：高功率容量壓接式IGBT關(guān)鍵技術(shù)
來源：功率半導(dǎo)體行業(yè)聯(lián)盟
會議PPT來源：清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院
專家介紹
羅海輝，博士，中國中車首席技術(shù)專家，現(xiàn)任株洲中車時代半導(dǎo)體有限公司常務(wù)副總經(jīng)理兼研發(fā)中心主任。長期從事IGBT和碳化硅功率器件技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作，帶領(lǐng)團(tuán)隊構(gòu)建全電壓系列IGBT產(chǎn)品技術(shù)平臺并為軌道交通、新能源汽車、工業(yè)和輸配電等領(lǐng)域提供功率半導(dǎo)體器件解決方案。入選“國家重點領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊”，核心參與項目“高壓大電流IGBT芯片關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”并榮獲2019年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎（排名3/6），獲省部級科技獎5項，通過省部級科技成果鑒定4項。申請發(fā)明專利100余項，其中46項發(fā)明專利已授權(quán)。在國際會議、國內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文40余篇。
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加速電氣化轉(zhuǎn)型 沃爾沃投資高功率無線充電技術(shù)
據(jù)外媒報道，當(dāng)?shù)貢r間1月15日，沃爾沃集團(tuán)（Volvo Group）旗下子公司沃爾沃集團(tuán)風(fēng)險投資公司（Volvo Group Venture Capital AB）宣布，將對Momentum Dynamics公司進(jìn)行投資，該公司在電動汽車高功率無線充電技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。
Momentum Dynamics公司總部位于費城，致力于為汽車和交通運輸業(yè)研發(fā)高功率感應(yīng)充電技術(shù)，并對該技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化，其技術(shù)特別適用于商用電動汽車、自動駕駛汽車以及網(wǎng)聯(lián)汽車。
沃爾沃集團(tuán)風(fēng)投公司副總裁Per Adamsson表示：“Momentum Dynamics公司在感應(yīng)式雙向傳輸電力技術(shù)方面的能力，能夠滿足客戶在各種惡劣條件下進(jìn)行充電操作的需求。該公司為卡車、公交車、建筑設(shè)備、工業(yè)和船舶應(yīng)用提供的高達(dá)300 kW的充電容量，將促進(jìn)社會的電氣化轉(zhuǎn)型。”
無線充電允許任何種類的車輛在不使用電線或電纜、沒有監(jiān)督的情況下，自動連入電網(wǎng)。在無需駕駛員將車輛插入充電站的情況下，車輛可頻繁、適時地自動進(jìn)行雙向充電，從而可有效利用汽車電池容量、增加車輛續(xù)航里程并且延長電動汽車正常運行時間。
目前，Momentum Dynamics公司正利用車隊以及汽車制造商的汽車、公共汽車、卡車和火車等，在歐洲和北美進(jìn)行其高功率無線充電技術(shù)的試點項目。
沃爾沃集團(tuán)風(fēng)投公司投資總監(jiān)Stefan S?derling表示：“沃爾沃集團(tuán)正加強在電力運輸和能源供應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)中充電和配電方面的能力和知識，我們認(rèn)為建立伙伴關(guān)系、進(jìn)行合作和投資是在快速變化的環(huán)境中前進(jìn)的方向。”
沃爾沃集團(tuán)風(fēng)投公司一直在尋找新投資機會，特別是投資電動汽車、自動駕駛汽車以及互聯(lián)領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公司以支持沃爾沃集團(tuán)業(yè)務(wù)及轉(zhuǎn)型。
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