AC电源插座在工业和医疗应用中的创新设计
AC电源插座在工业和医疗领域的应用有着特殊的需求和挑战。不同于一般的民用电源插座，这些行业的电源插座不仅需要满足高可靠性和高安全性的要求，还必须适应特定的工作环境和条件。因此，针对这些特殊应用场景的AC电源插座设计必须考虑一系列技术规范和标准，以确保设备的正常运行和人员的安全。
1. 医疗设备专用电源插座设计
医疗行业对电源插座的需求尤为严格。电源插座在医院和医疗设备中的应用需要满足一系列特殊要求，包括电磁兼容性（EMC）、无菌环境的维护以及持续稳定的电力供应。
1.1 满足严格的电磁兼容性（EMC）要求
医疗设备通常配备精密的电子元件，容易受到电磁干扰（EMI）的影响。电源插座必须符合严格的EMC标准，以避免干扰设备的正常运行。为此，可以采取以下几种措施：
屏蔽设计 ：在电源插座的外壳和内部结构中采用屏蔽材料，如金属屏蔽层，以减少电磁干扰的传播。滤波器集成 ：在电源插座中集成电磁滤波器，可以有效滤除高频噪声和干扰信号，保护连接的医疗设备免受电磁干扰。接地设计 ：确保电源插座有良好的接地系统，以迅速引导干扰电流流向地面，减少对设备的影响。1.2 提供无菌和抗菌表面
医院环境需要保持高度的清洁度，电源插座表面可能成为病菌和细菌的潜在滋生地。为确保卫生，电源插座应具备无菌和抗菌表面特性：
抗菌材料 ：采用抗菌塑料或涂层，这些材料具有抑制细菌生长的特性，能有效减少插座表面的细菌积聚。无缝设计 ：电源插座的设计应尽量减少缝隙和死角，以避免细菌藏匿。无缝的插座设计更易于清洁和消毒，有助于维持无菌环境。光滑表面处理 ：表面应进行抛光或涂覆光滑的涂层，以避免污物和细菌的附着，并提高清洁效率。1.3 确保持续稳定供电
在医疗环境中，电力供应的稳定性直接关系到病人的生命安全。电源插座必须能够提供稳定的电力供应，并在出现故障时快速恢复供电：
不间断电源（UPS）支持 ：医疗电源插座应能连接UPS，以便在主电源失效时提供紧急电力支持。冗余设计 ：在关键区域，如手术室和重症监护室，应使用具有冗余电路的电源插座，以在一个回路失效时自动切换到备用回路。电压稳定器 ：集成电压稳定器，以确保输出电压稳定，避免因电压波动而对敏感医疗设备造成损害。2. 工业环境下的高耐用电源插座
工业环境的电源插座需要承受更为严苛的工作条件，如高温、湿度、灰尘、振动和腐蚀性化学物质。因此，工业电源插座必须具备高耐用性和可靠性，以保障工业设备的正常运作。
2.1 耐高温和耐低温设计
许多工业场所温度波动较大，可能存在极端的高温或低温环境。电源插座必须能够在这些环境中保持功能：
耐高温材料 ：使用高温耐受性塑料或陶瓷材料，这些材料在高温下不会变形或降解，确保电源插座的长期稳定性。低温耐受设计 ：在极寒环境下工作时，电源插座材料应具有抗脆化特性，如采用特殊配方的塑料或金属材料，这些材料能在低温下保持韧性，不会开裂。2.2 耐腐蚀材料的应用
工业环境中经常接触腐蚀性气体或液体，如化学工厂或户外设备。这要求电源插座具备较高的耐腐蚀性：
不锈钢外壳 ：使用不锈钢或镀锌金属外壳，以提供优良的防腐蚀性能，同时增强电源插座的机械强度。防腐涂层 ：在电源插座表面涂覆耐腐蚀涂层，如聚四氟乙烯（PTFE）涂层，以抵御化学腐蚀，提高插座的使用寿命。2.3 防水设计
许多工业环境存在高湿度或直接水接触的情况，如洗车设备或户外安装。电源插座需要具备防水能力：
高IP等级保护 ：工业电源插座应设计为至少IP65等级，能够防止水和灰尘的进入，确保在潮湿或多尘环境中的安全使用。密封设计 ：使用密封圈和密封胶来防止水分进入插座内部，这些密封措施应具备长期耐老化性能，以维持长期密封效果。2.4 抗振动和冲击设计
在许多工业应用中，设备需要承受振动和冲击，如机械设备和车辆系统。电源插座应设计为耐振动和冲击：
加固外壳 ：采用加厚的外壳材料和加固内部结构，以增强电源插座的抗冲击能力。抗振动支撑 ：电源插座内部电路板和组件可以通过弹性支撑或减震材料进行固定，以减少振动对电路的影响。结论
AC电源插座在工业和医疗应用中的设计必须满足各自领域的特殊需求。通过采用先进的材料和设计技术，电源插座能够提供高可靠性、高安全性和高性能，以支持关键设备的正常运行和操作安全。在未来，随着技术的进步和对高效、安全、智能电源管理需求的增加，我们可以预见这些领域的电源插座设计将会进一步发展，提供更加完善的解决方案。
结构创新带来功率器件性能突破，东芝半导体赋能新能源应用
电子发烧友网报道（文/梁浩斌）电力系统无处不在，近几年随着新能源汽车以及清洁能源、储能等需求增长，功率器件受到了市场更多的关注。8月28至30日在深圳国际会展中心举行的国际电力元件、可再生能源管理展会PCIM Asia2024上，众多海内外功率半导体厂商都展示出最新的技术和产品。在本次展会上，电子发烧友网探访了东芝半导体的展台，了解到东芝在大功率器件以及第三代半导体方面的新品和技术。大功率器件IEGT 东芝在这次展会上展出了其最新的大功率器件IEGT（栅极注入增强型晶体管），在3300V至6500V的规格内新增了多款产品，以满足不同客户、不同应用的需求，包括ST1000GXH35、ST1500GXH35A等型号。
东芝IEGT
据东芝电子元件（上海）有限公司技术部副总监屈兴国介绍，IEGT是东芝在20世纪90年代末注册的专利名称，是基于IGBT的一种功率器件技术，主要被用于柔性直流输配电、列车牵引、高压变频器、风力发电等领域。在高压应用中，传统的IGBT结构所产生的阻断电压，会因为发射极侧N基区的电阻，造成较高的导通损耗。为了解决这个问题，东芝在IGBT的基础上开发出栅极注入增强的技术，制造出IEGT。根据东芝官网的描述，该结构设置了深而宽的沟槽栅电极，所以，穿过发射极电极的阻抗会变大，将有效抑制载流子的穿越。其结果是会造成载流子蓄积，N 基区的载流子分布在发射极电极侧将不断增加。我们把这种载流子的注入蓄积效果称之为注入增强效果（Injection Enhancement Effect）。采用这种栅结构之后，即使是实现了耐高压也可有效抑制电压降的增大，从而降低导通损耗。在现场展示的大功率IEGT采用PPI压接式封装，电压等级最高达到6500V，最大电流等级达到3000A。而采用PPI压接式封装的IEGT共有两种类型，分别是内置二极管以及不带二极管的类型，主要差异在于应用对于电流的需求。屈兴国举例，在一个125毫米平台的PPI封装中总共有42个小方格，比如中间放了30颗IEGT，其他12个方格放了二极管，那么最大电流可以做到2000A；如果客户电流需求更大，比如3000A，那么就需要在42个方格中全部放上IEGT芯片，另外在外围再搭配所需二极管。
对于客户而言，压接式封装器件可能较难使用，针对这个问题，东芝与第三方共同开发了半桥拓扑的IEGT压接组件方案，采用了两颗4.5kV/2kA/内置二极管的压接式IEGT，该装置为器件提供5KN左右的压力，适用于新客户进行双脉冲测试，以便客户能够快速了解东芝器件的性能，从而缩短开发周期，具备高可靠性和高效率。
另外东芝还展出了4.5 kV双栅极RC-IEGT，主要特点是在IEGT模式下可降低关断损耗，在二极管模式下能减少反向恢复损耗，同时结合栅极控制技术，实际测量值中总开关损耗可降低16%，而导通损耗没有任何增加。碳化硅模块以及内置SBD的碳化硅MOSFET 据介绍，东芝在碳化硅领域的布局是先做碳化硅模块再推进单管产品。碳化硅模块产品量产时间相对较早，目前主要是针对轨道交通等牵引应用。目前东芝量产的碳化硅模块产品已经覆盖1200V、1700V、2200V、3300V电压等级，并采用了一种名为iXPLV的银烧结技术。在碳化硅MOSFET上，东芝目前已经迭代到第三代碳化硅MOSFET产品，主要面向充电桩、数据中心、新能源发电、电机等应用。东芝的碳化硅MOSFET与其他公司产品的最大区别是内置了SBD，而非使用本体PN结二极管。这种结构的优势在于，内置的SBD通态电压更低，因此电流会从SBD中通过，从而抑制导通电阻早期的漂移、MOSFET双极退化、大大提高了器件的可靠性。在第二代的基础上，东芝第三代碳化硅MOSFET再通过优化单元结构，令代表导通损耗和开关损耗之间关系的性能指标RDS(ON)×Qgd，相比东芝现有的第二代碳化硅MOSFET降低80%。同时东芝第三代碳化硅MOSFET栅源控制电压范围是-10至25 V，比其他公司产品的电压范围更宽，从而提高了便利了客户的栅极驱动设计。对于近年热门的电动汽车市场，东芝在各种车规分立器件上一直都有稳定的出货；在碳化硅方面，屈兴国表示东芝在国内更加倾向于晶圆销售的模式，比如将碳化硅晶圆出售给模块厂商进行封装，这也是应对目前碳化硅器件市场内卷的一种方式。小结： 在PCIM Asia2024上可以看到，东芝半导体在传统的大功率硅基功率器件上持续保持创新，并应对市场需求不断推出新的型号，展现出老牌功率半导体厂商的实力；而在第三代半导体方面，东芝半导体也通过器件结构的创新，为市场带来了差异化产品，满足了更多不同客户的需求。随着清洁能源需求的不断增长，包括新能源发电、输配电、列车牵引等领域将会有更大的市场增长空间，东芝半导体借助功率器件产品上的技术优势，也将会获得更多市场机会。
转自：电脑发烧友
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