Thyristor-pukeutumisen ja repeämisen ymmärtäminen

Tyristorit toimivat korkeilla sähkö- ja lämpöpaineilla voiman muuntamisessa, moottorikäyttöisissä ja teollisuuden lämmitysjärjestelmissä. Ajan mittaan nämä rasitukset heikentävät puolijohdeliitoksen, sisäisen juottajan siteet ja paketin mekaanisen eheyden. Ensisijaisten vikamekanismien tunnistaminen on ensimmäinen askel niiden lieventämisessä.

Lämpöväsymys

Toistuva voimankäyttö aiheuttaa piisirun ja sen liitäntöjen laajenemisen ja supistumisen eri nopeuksilla. Erot lämpölaajenemiskertoimien (CTE) piin die, molybdeenin tai molybdeenin ja molybdeenin ja kuparin levitintä tuottaa mekaanisen kannan. Yli tuhansien syklien juotosnivelten halkeamat käynnistyvät ja lisääntyvät, lämpövastus kasvaa. Kun liitos kulkee kuumemmin saman kuormituksen osalta, halkeaman kasvu kiihtyy, mikä johtaa lopulta avoimeen virtapiiriin tai oikosulkupiiriin. Lämpöväsymisnopeus riippuu lämpötilan vaihtelun amplitudista (ΔT[]j[]), absoluuttisesta liitoslämpötilasta ja syklien lukumäärästä.

Sähköinen ylijännite

Jännite transientit kytkentä tapahtumista, salamapiikit, tai induktiivinen kuorman potku voi ylittää tyristorin esti jännite luokitus, aiheuttaa lumivyöryn hajoaminen. Samoin, korkea di/dt tapahtumat . Esimerkiksi, kun tyristori on kytketty oikosulku . tuottaa paikallisia kuumat paikat, jotka sulattavat piitä. Toistuvat ylivirtaukset alle yhden laukaus aalto luokitus voi silti hajottaa portti-katodi liitäntä tai muuttaa doping profiili ajan. Snubber virtapiirit ja puristimet ovat välttämättömiä rajoittaa sekä ylijännitettä ja virran tippuvuus.

Mekaaninen ja ympäristöllinen stressi

Teollisuuskoneiden tärinä ja isku voivat murtaa juotinliitokset tai murtaa piin substraattia. Kosteus ja syövyttävät kaasut hyökkäävät metallikerrosten kimppuun ja liittävät johdot, lisäävät jännitettä eteenpäin ajan myötä. Korkeus vähentää ilman dielektristä lujuutta, mikä saattaa aiheuttaa ulkoisen aallon. Korkean luotettavuustason asennuksiin tarvitaan mekaanista vaimentusta, conformaalisia pinnoitteita ja asianmukaisia porrastusetäisyyksiä.

Strategiat Tyristorin elämäntilan laajentamiseksi

Tyristorien käyttöiän pidentäminen jatkuvissa työsovelluksissa edellyttää järjestelmätason lähestymistapaa, joka kattaa lämmönhallinnan, sähkösuojan, porttiajon suunnittelun, mekaaniset kokoonpanot ja huoltomenetelmät.

Lämpötilojen hallinta

Jokainen 10 °C:n vaimennus liitäntälämpötilassa yleensä puolittaa puolijohdelaitteiden vikanopeuden. Tehokas jäähdytys alkaa valitsemalla huonoimman tapauksen tehohäviön omaavan jäähdytysaltaan. Pakotettu ilman jäähdytys rinnakkaisella tuuletinsarjalla mahdollistaa katkoksen; jos yksi tuuletin epäonnistuu, muut pitävät ilmavirran yllä. Suuritehoisissa laitoksissa nestejäähdytys deionisoitua vettä tai dielektristä nestettä käyttäen voi poistaa lämmön tehokkaammin kuin ilma. Lämpöliitäntämateriaalit (TIM) . Kuten vaihevaihtotyynyt tai rasvat . on käytettävä oikeassa paksuudessa minimoidakseen kosketusvastuksen. Säännöllinen pölyn puhdistus jäähdytys jäähdytysaltaan evät ja kuivausten korvaaminen kuivuneet TIMS-laitteet kunnossapidon aikana estää asteittaisen lämpötilan nousun, joka nopeuttaa kulumista.

Jännite ja virranhallinta

Snubber-verkot (RC tai RCD) rajoittavat jännitettä (dV/dt) jännitteen nousun aikana, estävät väärän käännön ja vähentävät kytkentähäviöitä. Oikein suunniteltu snubber-järjestelmä kiristää diodin käänteisestä palautumisesta tai tyristorista saatavaa jännitepiikkiä. Metallioksidivaristot (MOV) tai piivyöryn vaimentimet hidastavat virrannousua kytkettäessä päälle, vähentäen paikallisia kuumapisteitä. Tyristorin ylitys tapahtuu 1,5-2 kertaa nimellisvirran ja jännitteen perusteella. Di/dt-suojaus takaa turvamarginaalin, joka absorboi lyhyen kestoisuuden ilman hajoavuutta.

Porttiajon optimointi

Portti laukaisi ominaisuuksia tyristori vaikuttaa sen kääntyvä-on tappiot ja pitkän aikavälin luotettavuus. Porttiasema nopeasti nouseva reuna (korkea di[]g[]/dt) ja riittävä amplitudi (tyypillisesti 10 .20 V osaksi 10 Ω vastus suuri tyristori) takaa yhdenmukaisen johtuminen koko piin poikki. Osittainen kääntyminen johtuu riittämätön porttivirta aiheuttaa nykyisen tungosta ja paikallinen lämmitys, joka voi heikentää portti-syklofosfiitti rakenne. Erilliset porttiasemapiirit käyttävät pulssimuuntajia tai kuituoptiikka estää maasilmukoita ja yleisen -tilan häiriöitä. Monet modernit porttiasemat sisältävät myös pehmeän kääntö-pois päältä ominaisuus vähentää dV / dt stressiä, kun tyristori on pakko siirtää.

Mekaaninen eheys

Asennusmomentti on kohdistettava valmistajan määrittelemän alueen . Liian matala lämpövastus voi murtua keramiikassa tai piissä. Läpäisemisvoiman on oltava tasainen, jotta vältetään sisäinen kaartaminen tai mikroliikkeet. Korkeassa tärinäympäristössä on käytettävä iskua vaimentavia telineitä ja lukkopesureita kaikissa sähköyhteyksissä. Lämpökierto myös irrottaa kiinnikkeet; huoltojen aikana jaksottainen retorqueus estää irtoavia kontaktit, jotka aiheuttavat kaartumista ja lämmöntuotantoa. Ruuvikiinnittyyristoreiden osalta Belleville-aluslevyt kompensoivat lämpölaajennusta ja ylläpitävät jatkuvaa painetta.

Huolto ja tarkastus

Proaktiivinen huolto-ohjelma pidentää tyristorien elinaikaa merkittävästi. Infrapunatermografi toiminnan aikana tunnistaa kuumat nivelet tai epätavalliset jäähdytyslämpötilat ennen vikaa. Etujännitteen (V[]F[]]) mittaaminen kiinteällä virta- ja lämpötilalla antaa trendikkään metrin: asteittainen kasvu osoittaa bondin - langan hajoamista tai juotin väsymystä. Samoin nouseva lämpövastus (Rth) lasketaan liitos- ja jäähdytysnesteen lämpötilat paljastavat lämpörajapinnan hajoamisen. Esteetttävissä olevissa järjestelmissä, puhdistus jäähdytyslevyjen ja korvaavien TIMS-laitteiden 12.

Luotettavuusvinkkejä

Keskeisten strategioiden lisäksi useat suunnittelu- ja hankintapäätökset parantavat elinkaarta jatkuvissa toimintaympäristöissä.

Osan valinta

Valitsemalla tyristorit, joilla on hyväksytty luotettavuus ... RRM[ ja 60 prosenttia mitoitetuista I[] TAV[]) tarjoaa ohjaus- ja käyttötilaa transienteille. Jatkuvaa käyttöä varten suositaan tyristoreja, joissa on suurempia piipäjä ja paksumpia pohjalevyjä, jotka tarjoavat vähemmän lämpöä. Valmistajat kuten Infineen[ ja Littelfusion[[] tarjoavat yksityiskohtaisia sovellus- ja elinkaaritietoja, jotka auttavat asianmukaisessa valinnassa.

Lunastus- ja suunnittelumarginaalit

Järjestelmässä, jossa suunnittelematon seisonta on mahdotonta hyväksyä, kannattaa harkita katkoksia. Kaksi tyristoria samanaikaisesti voi jakaa kuorman; jos toinen epäonnistuu, toinen jatkaa toimintaa (vaikkakin pienemmällä marginaalilla). Sarjan jousien, jännitteenjakovastusten ja RC-snubberien osalta tasapaino on varma eston aikana. Järjestelmän tason suunnittelumarginaali (esim. 70 prosenttia nimellisjännitteestä ja 50 prosenttia nimellisvirrasta) vähentää huomattavasti lämpö- ja sähkörasitusta, mikä usein lisää keskimääräistä aikaa vika-aikojen (MTBF) välillä kertoimella kolmesta viiteen. Myös vaiheen ohjatut tasasuuntaajat ja vaihtovirtakytkimet voivat hyötyä pehmeäkäynnistyspiiristä, joka rajoittaa virran virtaa alkutehon aikana.

Ympäristönvalvonta

Suodatetulla ilmanottojärjestelmällä varustetut suljetut suojukset vähentävät pölyn, suolan ja johtavien jätteiden kontaminaatiota. Ulko- tai korkeakosteuslaitteistoissa käytetään lämmittimiä estämään kondensaatio kylmäpinnoilla. Yli 2000 metrin korkeuteen (ks. IEC 60068-2-13) on tarpeen sijoittaa, koska ilman tiheys on pienentynyt ja dielektrinen lujuus vähenee. Jos syövyttäviä kaasuja (esim. H2S, SO2) on, pinnoite piirilevyillä ja hopeapinnoitetuilla pääteillä estää sähkökemiallista siirtymää.

Päätelmät

Tyristorien pitkäikäisyyden parantaminen jatkuvissa toimintaympäristöissä edellyttää kattavaa ymmärrystä vikamekanismeista ja kestävien teknisten vastatoimien soveltamisesta. Tehokas lämmönhallinta, huolellinen sähkösuojaus (nubbers, TVS, sarjainduktorit), optimoidut porttiasemat ja asianmukaiset asennusmenetelmät auttavat vähentämään puolijohdepainotuksen rasitusta. Säännöllinen huolto, jossa käytetään termimografiaa, V[]]F[] trendiä, ja lämpövastustarkastukset saavuttavat huonontumisen aikaisessa vaiheessa. Lopuksi, korkealaatuisten komponenttien valinta, joissa on asianmukainen remontti, jossa on mukana sammutus ja ympäristön hallinta ennenaikaista vikaa vastaan. Toteuttamalla nämä strategiat insinöörit voivat saavuttaa luotettavan pitkän käyttöiän toiminnan tyristoripohjaisissa sähköjärjestelmissä, vähentää huoltokustannuksia ja parantaa järjestelmän yleistä saatavuutta.

Tyristorin luotettavuutta ja suunnittelua koskeviin ohjeisiin suositellaan seuraavia resursseja: