מבוא

המפלט הארומאל נותר אחד מצורות הכישלון המסוכנות ביותר בגוון כוח, המסוגל להרוס מכשיר במליכי השניות ולארגן מערכות חשמל שלמות.כפי שמכשירים מוליכים למחצה דוחפים לעבר מאגרי חשמל גבוהים יותר וטביעות רגל קטנות יותר, להבין את הפיזיקה שמאחורי שיטות מניעה תרמיות ומניעה חזקה הופכת חיונית למהנדסים עיצוב מחדש, ממירים, ומנוע זה מספק בדיקה מקיפה של מנגנונים ממריצים אמיתיים, ומניעים.

מה זה Thermal Runaway?

(החלל המילולי) הוא לולאת משוב חיובית, שבה עלייה הטמפרטורה הראשונית מעלה את זרם ההדלפה של המכשיר, המוביל לפיזור חשמל נוסף והסלמה נוספת בטמפרטורות.אם לא נבדק, מחזור זה מאיץ עד שטמפרטורת הצומת עולה על נקודת ההסקה של סיליקון (תוספת של רזולוציה) הוא בדרך כלל גבוה יותר של מערכת יחסים של LT2 מעלות צלזיוס:01410 מעלות צלזיוס, 000 מעלות צלזיוס, אם כימות לסיליקון טהור, אם כי הוא בדרך כלל, באופן רגיל, אם כי הוא בדרך כלל, באופן קבוע, הוא גבוה יותר, אם כי הוא גבוה יותר, אם כי הוא גבוה יותר, אם כי הוא גבוה יותר, אם כי הוא גבוה יותר, על ידי רמת הפחתת רמת הפחתת כוח זרם יעיל יותר, אם כי הוא גבוה יותר, 000.

מבחינה מתמטית, הכוח מתפזר במהלך ההטיה הפוכה הוא / P = V R / השעה I R(T) / ((V R /) הוא המתח הפוך ו / (I R(T)\) הוא זרם הפוך הטמפרטורה תלוי לאחור.עבור כל אחד מפורקים:010 ° CFLT:1 עולה בטמפרטורות צומת, דליפות סיליקון יכול להכפיל או משולש זה יכול להיות ממבנה זההההה של חום שונה.

מנגנונים ספציפיים לעוצמה דיודס

המפלט הארומאלי בגוון כוח נובע ממספר גורמים הקשורים, שרבים מהם ייחודיים לטיפוח גבוה או לפעולה עכשווית גבוהה.הבנת כל מנגנון הוא מפתח לתכנון אמצעים מונעים.

הכחשה נוכחית גבוהה במהלך ביצוע

במהלך הטיה קדימה, הירידה של המתח קדימה של דיאוד (\(V F) הוכפלה על ידי הזרם קדימה ((I F) מייצרת חום משמעותי.ברמות נוכחיות גבוהות, ההתנגדות של המדינה של אזור הסחף תורמת צפיפות נוספת (0I2R הפסדים FLT:1 אם הנתיב התרמית אינו מספיק, מקומי יכול להיווצר, להפחית את המתח קדימה של 3 גרם לטמפרטורה חמה יותר, אפילו עד לטמפרטורה חמה הנוכחית, אם זה נראה יותר מאשר זרם חם יותר, אם זה יכול להגיע לטמפרטורה גבוהה יותר.

המונחים: verse Leakage Current at Highטמפרטורות

דידות כוח מופעלות לעתים קרובות בהטיה הפוכה במהלך מעברים או כמו דיודות חינם. זרם ההדלפה לאחור מורכב מדור הנוכחי באזור הדה-ההה וזרם דיפוזיה הנוכחי מאזורים נייטרליים.

  • (ב) כפל כל כפלה (ב"ג): 26–8 מעלות צלזיוס)
  • (ב) כפל כל אחד מהם (ב"ג)
  • בטמפרטורות צומת גבוהות, זרם הדליפה יכול להגדיל ממיקרו-ממפרים למילימטרים, מה שהופך את הניתוק כוח הפוך (\(V R / שעה I R) מקור חום דומיננטי ביישומים בעלי מתח גבוה.

מנגנון זה מסוכן במיוחד בקוביות נחירות וממריצים באספקת חשמל, שם מתח החסימה נשאר גבוה במהלך מחזור המעבר.

דיסipation Heat Dissipation and Thermal Resistance

הנתיב התרמי מן הצומת diode הסביבה הסביבה הסביבה הסביבה כוללת את הנספח למות, מקרה, חומר ממשק תרמי, ואת כיור חום. כל שכבה תורמת להתנגדות תרמית הכוללת (\(R {\theta JA})) כאשר ההתנגדות התרמית הכוללת גבוהה מדי או כאשר כיור החום הוא נמוך מדי עבור הפחתת כוח ממוצע, הצומת יעלה תחת ניתוח יציב של transientence.

Defects and Device Imperfections

אפילו דידות כוח באיכות גבוהה יכול להציג פגמים מיקרוסקופיים המשמשים נקודות נינקיה עבור ריצוי תרמי:

  • (ב) ,0) ,Lattice dislocations FLT:1hil ליצור אזורים מקומיים של דליפות גבוהה.
  • (ב) ,0) ,לא ניתן לייחס את ה-FLT:1 (ב) להגדלת ההתנגדות התרמית המקומית.
  • (ב) ,0) ,ב"התב"ה, יכול לגרום לנתיבי דליפות פני השטח החמירים עם טמפרטורה.
  • (FLT:0) הגירה או אלקטרומיגולציה 1 (DigmgrationFIRLT:1) במגוון גבוה של תצפיות יכולות ליצור אזורים קטנים של צולב מופחת, הגדלת צפיפות מקומית.

פגמים אלה הם לעתים קרובות מאוחר - הם עשויים לא להשפיע על הביצועים הראשוניים, אבל יכול לגרום ריצות תרמיות לאחר אלפי מחזורים תרמיים כמו הפגמים לגדול.

תנאי הפעלה: Favor Runaway

תרחישים תפעוליים מסוימים להגדיל באופן דרמטי את הסבירות של בריחה תרמי:

  • (FLT:0) תפעול של דידות: אנדרל 1 (FLT:1) אם יש לו מתח מעט נמוך יותר קדימה, הוא יהיה לשאת יותר זרם, חום יותר, עוד יותר, להפחית את המתח שלו, ובסופו של דבר לנקב את כל הנוכחי - מקרה יבש קלאסי.
  • (ב) ⁇ 0 (העברה גבוהה: FLT:1) אובדן התאוששות הפוכה עולה עם תדירות, הוספת רכיב משמעותי של פיזור כוח אשר מעלה את טמפרטורת הצומת.
  • (ב) ,0) זרמים ואירועי מברשת: אנדרל 1 (קיצור: 0 ), זרמים קצרים אך קיצוניים יכולים להעלות את טמפרטורת הצומת של אזור מקומי מעל סף קריטי לפני ששקע החום יכול להגיב.
  • (FLT:0) הטמפרטורה הממוקדת קיצונית:FLT:1) הפעלה דיודה ליד הטמפרטורה המרבית שלה מדורגת משאירה שולי קטן לטיולים תרמיים טרנספורמטיביים.

מסגרת מתמטית לחיזוי ה-Thermal Runaway

מהנדסי עיצוב יכולים לכמת את הסיכון של בריחה תרמית באמצעות ה-FLT:0 משוואות תרמיות של מדינת סטדוואי (PiazzaphFLT:1):

(T J=T A + R {\theta JA} /times P D

( t J) הוא טמפרטורה צומת, ( t A /) הוא טמפרטורה מבהבת, ו / (p D) הוא סך של פיזור כוח.עם זאת, המודל ליניארי הזה אינו מצליח ללכוד את המשוב החיובי כי (p D) עצמו הוא פונקציה של ( t J / J) גישה מדויקת יותר משתמשת במצב רפלקטיבי יותר:0mal Runawayiraliraliralroutiralroutrearalralralralralralralroutreatration מצב מן ה-Fer: 1 LT 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

( ⁇ {dP D} {dT j} <\frac {1} {R {\theta JA}}

(ה) כאשר שיעור השינוי של הניתוק של כוח ביחס לטמפרטורת הצומת עולה על הניגוד של ההתנגדות התרמית, המערכת הופכת לבלתי יציבה.עבור דידות כוח, הפרמטר הקריטי הוא התווך של הטמפרטורה הנוכחית של הדליפה (המהנדסים יכולים למדוד או לדרג ((DP D/DDD J) ממשטחי הנתונים של הדלודים לטמפרטורה הפוכה לעומת טמפרטורה וטמפרטורה מתקדמת:

כלי סימולציה מודרניים כמו FLT:0SPICE עם תת-התחמי חום תרמיים (FLT:1 או FLT:2finite אלמנט מודלים תרמיים FLT 3) מאפשר למתכננים לחזות התנהגות חולפת תחת פרופילים של עומס בעולם האמיתי.

שיטות מניעה

מניעת ריצות תרמי דורש גישה רב שכבתית אשר מתייחסת לניהול תרמי, הגנה על המעגל ובחירת המכשיר.האסטרטגיה היעילה ביותר משלבת ניתוח עיצוב-זמן עם בקרה תפעולית פעילה.

Robust thermal Management

קו ההגנה הראשון מבטיח את טמפרטורת הצומת של דיודה נשאר הרבה מתחת לסף המפלט הקריטי תחת כל תנאי התפעול הצפויים.

  • (ב) ,0) ,החלת חום עם שטח משטח נאות וזרימה אוויר: FLT:1 עבור סחר טבעי, התנגדות תרמית של FLT:2-3 ° C / WIRLT 3, 3 ° C / WIRLT 3: הוא אופייני לדרגות חשמל מעל 50 קירור אוויר מחוספס יכול להפחית את זה ל-FLT:40.2-0.5 מעלות צלזיוס / WLT5:5
  • (ב) [15] ,9) ,9:0) ,ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (ב) ,0) ,התתתות של טיפת מים, [15] באמצעות תהליכי ייצור נאותים או חוטאים.
  • (FLT:0) להקריא ישירות ל- PCB מתכתי (MCPCB) אנדרט 1 להפצת חום טובה יותר בעיצובים קומפקטיים.
  • (FLT:0) שילוב צינורות חום או vapor CellsFLT 1:1 עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה שבו כיור חום קונבנציונלי הם לא מספיק.

הגנה והגנה על פני היום

הגבלת הזרם המקסימלי באמצעות הדיאודה היא חיונית, במיוחד במהלך ההפעלה או תנאי השגיאה:

  • (FLT:0)Series הנוכחי-sensing ResistanceorsveFLT:1) עם לולאה משוב לנהג שער או מתג יכול לקרוס זרם לפני ההתחממות יתר.
  • (FLT:0)PTC (אפקט טמפרטורה חיובי) המrmistirsFLT ( 1:1) להציב בסדרה עם דיוודה לספק את המגבלה הנוכחית של עצמה כאשר ההתנגדות שלהם עולה עם טמפרטורה.
  • (FLT:0) מעגלים מגבילים הנוכחיים של הגבלת גבולות 1:1) באמצעות מגברים תפעוליים ושותפים יכולים להשבית את שלב הכוח כאשר הזרם קדימה עולה על סף למשך זמן ארוך יותר מאשר קבוע הזמן התרמי של דיאוד.
  • בתצורה של מקבילה, (FLT:0) איזון הנוכחי התנגדות ל-FLT ( 1:1 או הפיכה מגנטית (למשל, מחנכים זוג) ,FLT 3: יכול לכפות שיתוף שווה נוכחי ולמנוע בריחה תרמית במכשיר אחד.

פיקוח והגנה

ניטור בזמן אמת מספק רשת בטיחות כאשר שולי עיצוב הם דקים:

  • (הופנה מהדף ההרחבה של הטמפרטורה השלילית) המתרמינרים (FLT:0) 1 המצורפת למקרה של דיודה או לכיור חום מציעים אות משוב נמוך עלות נמוכה.המיקרובקר יכול להפחית את תדירות המעבר או לסגור את המערכת אם הטמפרטורה מתקרבת FLT:2150 מעלות צלזיוסFLT 3 או את הגבלת המומלץ של היצרן.
  • (FLT:0 ; פרמטרים חשמליים רגישים ל-Temperature (TSEPs)FLT:1 כגון ירידה בלחץ קדימה בתחושה נמוכה ניתן להשתמש עבור estimation temperature ללא חיישן נוסף.
  • (ב) ,0) ,הדמיית תרמילאים (FLT:1) היא שימושית במהלך החדירה לזהות כתמים חמים ולאמת מודלים תרמיים.
  • (ב) ,0) , מוזגים מדרגה ראשונה (ב) מספקים ניתוק בטוח לא בטוח במקרה של כשל קירור קטסטרופלי.

בחירת התקן ודרטינג

בחירת הדיאוד הנכון ויישום של גורמים מתאימים להפחתה דרמטית של הסיכון המפלט:

  • (ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) לזרז את הזרם קדימה ב-20-30% של ההרחבה:1 מתוך גיליון הנתונים המקסימלי כאשר הם פועלים בסביבות בעמימות גבוהות או כאשר יש מקבילות מרובות.
  • (FLT:0) הבטחת דירוג המתח לאחור של דיודה יש לפחות 20% שולי בטיחות 1Feloph מעל המתח הבלוק הצפוי ביותר למניעת חימום מושרה על ידי אלבנאצ'ה.
  • (FLT:0)Consider באמצעות CoolSiC או טכנולוגיה דומה FLT:1 עבור יישומים הדורשים אמינות גבוהה וסיכון מינימלי של בורחים תרמיים.

טכניקות עיצוב מעגליות

מעבר לבחירות ברמת הרכיב, טופולוגיה המעגלית והפריסה משפיעים על התנהגות תרמית:

  • (ב) ,0) מעגלי מילואים לאחור (FLT) 1 (הפחתת שיאי ההתאוששות לאחור והגבלת המתח על פני פתרון יתר על המידה, מסייע להוריד את הניתוק הכוח במהלך מעבר לטראנסים.
  • (FLT:0) soft-switching topologiesloggiessveFLT:1 (למשל, LLC resonant להמיר ממירים, גשרים מלאים מאולתרים בשלב זה) להפחית את ההפסדים ולקיים את הקרדיון.
  • (ב) [ה]] [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה],] אם המקבילה אינה נמנעת, השתמש בבדלות תואמים מאותה ערכת ייצור ולהוסיף התנגדות למקור.
  • (ב) [13] הוראות:0 (Layout Guidelines: FLT:1 שמור על כוח הוא קיצור ורחב למזער התנגדות parasitic ו inductance, אשר יכול לגרום הפצה נוכחית לא אחידה. מציב את הגוון קרוב לכיור החום ולהבטיח את דרכי התרמית קשורות כראוי למטוס הנחושת.

מחקר אמיתי-עולם: Thermal Runaway in a Bridge Rectifier

(ב) , לדוגמה, כשלון של הגשר (החלל) באספקת חשמל בלתי ניתנת לעצירה (UPS) המקורי השתמש 4 סטנדרטיFLT:0600 V, 30 AcioFLT:1 מעבורת: 184 ° ALT) בתצורה של גשר עם דליפת חום מזחלת קטנה (DVLT5) ב- 4, 000215, 000)

(הופנה מהדף [[1924]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

מסקנה

המפלט הארומאלי בדלודי חשמל נשאר איום חמור על אמינות במערכות חשמל.התופעה מונעת על ידי התלות האקספוננציאלית של הדליפה הנוכחית והפידבק החיובי בין דור החום ועלייה בטמפרטורות.מניעה יעילה דורשת גישה הוליסטית: ניהול תרמי חזק עם עומס חום הולם, הגנה מגבילה הנוכחית, ניטור בזמן אמת, תיקון זהיר עם שינויים דרמטיים, ורמות עיצובים שמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמיעים את המהנדסים את ההבנה והשיטות, ואפילו את הפיזיקה החזקות, יכולים להפעיל את הסביבה, אפילו את הסביבה, אפילו את הזמנית, תוך כדי להפעיל את מערכות הפעלה, כולל של מערכות הפעלה של מערכות הפעלה של מערכת העצבים, כולל של מערכות הפעלה של מערכת העצבים, כולל של מערכת העצבים, כולל של לחץ דם, בקרה תרמית, תוך כדי לחץ דם, תוך כדי הפעלת לחץ דם, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, כולל של מערכות הפעלה קפדנית, בקרה, תוך כדי הפעלת לחץ דם, בקרה, בקרה תרמית, בקרה, בקרה, בקרה תרמית, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה, בקרה תרמית, בקרה תרמית, בקרה, תוך כדי שינוי בזמן אמתית, בקרה תרמית, בקרה, בקרה, בקרה

(ב) לעיין ב[[המאה ה-20]] ב[[1924]], ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]