مقدمه ای بر Thyristors در سیستم های بحرانی

Thyristors سوئیچ های نیمه هادی ضروری هستند که ولتاژ بالا و جریان در برق الکترونیک را مدیریت می کنند. قابلیت اطمینان آنها به طور مستقیم بر ایمنی و عملکرد سیستم های بحرانی تأثیر می گذارد - از مبدل های قدرت هوافضا و ضد برق پزشکی گرفته تا استانداردهای پردازش مستقیم فعلی (HVDC) خطوط انتقال اطمینان از یک سیستم قدرت ماهواره ای یا یک اینورتر شبکه می تواند به شکست سیستم تجزیه و تحلیل فاجعه بار در این دستگاه های طراحی مقاله امن کمک کند.

اصول عملیات Thyristor

Thyristors - که اغلب به نام گیره های سیلیکونی کنترل شده (SCRs) نامیده می شود - چهار لایه، سه-junction p-n-p-n دستگاه های در حال گسترش کشش بی نظیر هستند: هنگامی که به هدایت توسط یک درب مثبت در حال حاضر، آنها را در و باقی می مانند بسته بندی فعلی پایین نگه می دارد، این ویژگی نیمه هادی آنها را برای کنترل فاز یکپارچه، و سوئیچ های خود (تغییرمسیر خود را به عنوان سوئیچ های دیگر).

عوامل قابل اطمینان

قابلیت اطمینان یک متخصص در برنامه های کاربردی بحرانی بستگی به زنجیره ای از عوامل مرتبط دارد که هر کدام باید در طول طراحی، انتخاب و عمل مدیریت شوند.

کیفیت و فرایندهای تولید

قابلیت اطمینان Thyristor با کیفیت wafer شروع می شود. Defects مانند دررفتگی (تعاملات، یا ناخالصی های فلزی می توانند نقاط داغ محلی یا سایت های تجزیه و تحلیل زودرس را ایجاد کنند. مدرن Thyristors از دوپینگ نوترونی (NTD) برای دستیابی به مقاومت یکنواخت در دستگاه های ولتاژ بالا استفاده می کنند.

مدیریت حرارتی

درجه حرارت (T [FLT1]] تنها موثرترین پارامتری است که بر عمر توریس تأثیر می گذارد.هر 10-15 °C افزایش بالاتر از T - باعث کاهش اتصال ولتاژ حرارتی در نیمه ماژول های مختلف، طراحان باید برای کاهش مداوم- حالت اجرا، زیان و کاهش ولتاژ هوا (F1، یا کاهش مایع هوا یا مواد خنک کننده اجباری) حساب کنند.

استرس الکتریکی

انحرافات شدید (تحرک از لگد زدن یا رعد و برق) می تواند از ولتاژ تکراری منحنی تیراژ توریستور (VRRM تجاوز کند و باعث تجزیه و تحلیل dvalanche به طور مشابه، دی / ddt بالا در طول چرخش می تواند جمعیت فعلی و نقاط امن (اگر آن را تحریک کند) را تحریک کند.

چرخه کار و Load Profile

در سیستم های هوافضا یا پزشکی، تیررسها اغلب در حالت های کم کاری، حالت های فعلی-پک.ک. پالس کار می کنند و من نیاز به تطبیق دقیق قابلیت فعلی دستگاه دارند (من TSM و من رتبه بندی فعلی را تکرار می کند.

حالت های شکست رایج Thyristors

شکست های Thyristor می تواند به طور گسترده به عنوان الکتریکی، حرارتی یا مکانیکی طبقه بندی شود.در زیر رایج ترین حالت های شکست در سیستم های بحرانی است.

دانلود بازی حرارتی Runaway

فرار حرارتی زمانی رخ می دهد که جریان نشت داخلی (تقریبا از اتصال معکوس) به طور نمایی با دما افزایش می یابد، زیرا دستگاه گرما، نشت رشد می کند، تولید گرمای بیشتر تا زمانی که دمای اتصال از محدودیت ذاتی سیلیکون (حدود 200-250 ° C) تجاوز کند، در آن نقطه، دستگاه غیرقابل کنترل می شود و یا ممکن است باعث ذوب شدن مدار کوتاه یا کاهش گرما شود، نظارت قوی در سیستم های دمای بالا و فعال نیاز به سیستم های بالا دارد.

دروازه شکست

اتصال درب-cathode می تواند به دلیل تخلیه الکترواستاتیک (ESD)، دروازه تکراری بیش از حد، یا آلودگی کورتی، علائم شامل افزایش جریان ماشه دروازه (من :GT یا ناتوانی کامل در ماشه.

آوالانچ (Aellanche)

هنگامی که ولتاژ از ولتاژ شکست (VBR تجاوز می کند، اتصال معکوس به یک ضرب و شتم کنترل نشده وارد می شود، در حالی که رانندگان مدرن می توانند انرژی محدود avalanche را زنده نگه دارند، رویدادهای مکرر باعث آسیب تجمعی به خاتمه لبه اتصال می شوند، که منجر به شکست زودرس در برنامه های HVDC می شود، مجموعه های پشته ای از شما باید مقاومت کنند و مقاومت کنند.

• فعالیت های الکترومهاجرت و متالیزه

در شرایط فعلی بالا (معمولا بالای 10 5 A / cm 2 در فلز سازی آلومینیوم])، نیروهای بادی الکترون از اتم های فلزی جدا می شوند، ایجاد حفره ها و تپه ها، این به تدریج مقاومت را افزایش می دهد و در نهایت می تواند باعث مدارهای باز شود.

dv/dt و D/dt Failures

dv/dt در سراسر دستگاه می تواند خازن اتصال را به اندازه کافی برای ایجاد یک چرخش کاذب (حتی با سیگنال دروازه صفر)، به طور بالقوه باعث شلیک در مدارهای پل می شود. A تعمیر معمولی اضافه شدن یک گیره میلر یا شبکه اسکراب محلی است.در مقابل، بسیار بالا / dt در طول نیروهای نوبت به آرامی گسترش از ایجاد منطقه، به سرعت در حال کاهش است.

اثرات تابش کیهانی

در برنامه های شبکه فضایی و ارتفاع بالا، نوترون های جوی از پرتوهای کیهانی می توانند باعث فرسودگی تک حتی (SEB) یا پارگی درب تک-event (SEGR) شوند؛ این ها شکست های ناگهانی و مخربی هستند که در ولتاژهای پایین تر از امتیاز استاتیک رخ می دهند.تولید کنندگان در حال حاضر ارائه می دهند c کیهانی] FLT:1 برای طراحان بالا ولتاژ و یا سیستم های ولتاژ بالا، باید از آن استفاده کنند.

استراتژی های پذیرش

ساخت سیستم های مبتنی بر تیراژ قابل اعتماد نیازمند ترکیبی از انتخاب دقیق دستگاه، حفاظت از مدار، طراحی حرارتی و نظارت بر سلامت است.

طراحی حرارتی و Demaking

همیشه از نزدیک به دمای اتصال حداکثر امتیاز خود استفاده کنید (دستورالعمل های معمول برای تنظیم Tj 25-50 ° C زیر حداکثر مطلق برای برنامه های کاربردی طولانی مدت عمر حرارت سینک باید برای بدترین شرایط محیطی حساب، و عدم تعادل حرارتی ترانس باید با استفاده از منحنی تولید کننده (F2.3) تأیید شود.

Overvoltage و Overcurrent Protection

تنوع گران فلزی (MOVs)، دیودهای اسپرتاژ (TVS) و شبکه های اسکرت (MOVs)، ولتاژهای اتصال سریع و سریع با I t رتبه بندی با قابلیت افزایش اتصال برق در برابر اتصال اتصال کوتاه مدت، در حالی که SOvol می تواند اتصال را جذب کند، مطابقت دارد.

Redundancy و De-making

در سیستم های بحرانی مانند مبدل های برق هواپیما، توریسرهای اضافی اغلب در سری یا موازی با دیودهای جداگانه قرار می گیرند. رشته های سری نیاز به متعادل کردن مقاومت و snubbers دارند؛ اتصالات موازی خواستار اشتراک گذاری فعلی از طریق اثرات منفی شاخص دما یا دستگاه های همسان هستند. [FLT 1] تضمین می کند که شکست یک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک تک سیستم های شما را از بین نمی برد.

نظارت بر وضعیت و تشخیص

سیستم های پیشرفته بر کاهش ولتاژ دولت (V ، نشت دروازه و دمای اتصال در زمان واقعی نظارت می کنند.افزایش در V در یک جریان داده شده نشان دهنده تخریب سیم و یا خستگی اتصال با ردیابی این پارامترها، نگهداری می تواند مطالعات برنامه ریزی شده قبل از شکست (FLT3)

تست و صلاحیت برای سیستم های بحرانی

اطمینان از تیررس های مورد استفاده در برنامه های هوافضا، نظامی و پزشکی نیاز به صلاحیت گسترده ای در هر استاندارد مانند MIL-PRF-19500 یا AEC-Q101 تست های کلیدی شامل:

  • تعصب معکوس با دمای بالا (HTRB) - 1000 ساعت در ولتاژ امتیاز و حداکثر دمای اتصال برای نمایش آلودگی آیونیک.
  • دوچرخه سواری (TC) - به طور معمول -55 ° C به +150 ° C برای 500 چرخه برای تأیید مقاومت در برابر خستگی حرارتی.
  • ]Power Bike (PC) - تکراری در / خارج پالس های فعلی برای شبیه سازی تنش های عملیاتی و ارزیابی قابلیت اطمینان پیوند سیم.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱]] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [براى تأیید قویى [براى اثبات قدرت] [براى اثبات کردن [براى اثبات [براى] [براى اثبات [براى اثبات و اثبات [براى انجام دادن [براى] [براى] [براى] [براى اثبات [براى] [براى اثبات [براى] [براى] [براى] [براى] [براى اثبات [براى] [براى انجام دادن [براى انجام دادن [براى] [براى اثبات [براى اثبات قویى] [براى اثبات [براى اثبات [براى اثبات [براى اثبات [براى اثباتى] [براى اثباتى] [براى انجام دادن [براى اثبات [براى] [براى انجام دادن [براى انجام دادن [براى انجام دادن [براى اثباتى] [براى انجام دادن [بر

تست سریع زندگی در سطوح استرس بالاتر اجازه می دهد تا برونپولation از طریق Arrhenius یا Coffin-Manson استفاده کند. یادداشت کاربردی ابزار Texas در قابلیت اطمینان دستگاه برق دستورالعمل های عملی برای چنین ارزیابی هایی را ارائه می دهد.

نتیجه گیری

Thyristors باقی مانده اجزای بنیادی در سیستم های بحرانی با قدرت بالا، اما اطمینان آنها نیاز به توجه دقیق به حرارتی، برق و فشارهای زیست محیطی است.با درک حالت شکست - حرارتی، تخریب دروازه، تجزیه و تحلیل، الکتروانس، و سیستم های اطمینان از شکست های مهندسی و اثرات تابش کیهانی - مهندسان می توانند اقدامات کاهش یافته طراحی مانند کاهش حرارت بالا، به عنوان سخت افزار بالا را تضمین کنند.