התפקיד הקריטי של כוח עליון-הטווח דיודס ב- Industrial Motor Drives

מערכות בקרה מוטוריות – החל מכוננים משתנים (VFDs) עבור משאבות ומעבירים להובלת אריזות עבור רובוטים - דרישות מוליכים למחצה שיכולים להתמודד באופן אמין עם עשרות עד מאות של אמפסים תוך מעבר בתדרים עד כמה עשרות אסטרטגיות של קילאהרץ, בתוך דחף מכני עמוק של המערכת, דיודות כוח קבוע גבוה לשרת פונקציות חיוניות רבות: מזהמים כי ממירים את ה-ACS העיקרי למתחים מתקדמים (מסוגלכאורה) כאשר מנקה מחדש של לחץ חשמלי גבוה (מסוגל) כאשר הוא מנקה מחדש של לחץ תעשייתי).

שיקולים עיצוביים

בחירת חומרים: סיליקון, קרביד הסיליקון וגאליום נילייד

הבחירה של חומר מוליכים למחצה קובעת גבולות יסודיים על דירוג המתח של דיאוד, מעבר מהירות, ביצועים תרמיים, ועלות.דידי כוח הרץ מסורתיים בנוי על FLT:0silicon (Si)FLT:1 באמצעות PIN או שטאקי מבנים. סיליקון PIN מציע חסימת מתח גבוה (עד כמה kV) ועלולים להתמודד עם עלייה משמעותית של 50 גרם להחלמה מהירה יותר, במיוחד עבור סיליקון אוטומטי, אבל הם גורמים מתקדמים יותר.

(FLT:0) silicon carbide (SiC) ⁇ FLT) 1 מחסום שאטקי (SBDs) הפכו לבחירה המועדפת עבור נהגים תעשייתיים ביצועים גבוהים כי הם מציעים למעשה אפס התאוששות הפוכה זרם (Qrr ⁇ 0), הפסדים מאוד נמוכים, ו מוליכות תרמית גבוהה יותר מאשר סיליקון.

<חזק>Gallium nitride (GaN) דידות כוח מתעוררות עבור יישומים גבוהים מאוד ⁇ (>100 kHz) אבל כיום מוגבל לדירוגי מתח נמוכים (בדרך כלל <650 V) וזרמים נמוכים יותר מאשר SiC או Si. עבור בקרה מוטורית מרכזית (380 VAC ל 690 VAC 3-phase, זרמים מעל 50 A), SiC הוא חומר ליעילות גבוהה ודורשת עוצמה.

המונחים: Surge Rating

יש לציין דיודה בעלת טווח ממוצע (IF(AV) וזרם לא תחרותי (IFSM) אשר עולה בבטחה על תנאי העומס הגרועים ביותר (בכוננים מנועים, הדיודי חייב לטפל בזרםים מברשות במהלך גליון קצר-כיפוף), ושינויים רגנרטיביים.

נפילה ל-VF (VF) ו-Efficiency

צמצום הירידה במתח קדימה מפחית את ההפסדים ההתנהגותיים, במיוחד בגוון משחררים שהתנהגות במהלך ה- transistor off-Time (לעתים 50% מחזור החובה) עבור 200 A diode, צמצום ב-VF מ-1.8 V עד 1.2 V חוסכים 120 W של חום, השפעה ישירה על דרישות ניהול תרמיות. נמוך VMP יכול להיות מושג על ידי אופטימיזציה של אזור הסחף, doping, ושימוש ב-DKing נמוך יותר (F) עם סיליקון נמוך יותר ויותר סיליקון (בדרך כלל) עם דרישות ניהול תרמילכות נמוכה יותר ויותר) עם סיליקון נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר (F) עם סיליקון VMPT) עם סיליקון (אך נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר) עם סיליקון) עם סיליקון נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר סיליקון) עם סיליקון VMPT) עם סיליקון (אך ניתן להשיג על ידי סיליקון VMPT) עם סיליקון נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר ויותר (אך יכול להיות מסוגל להיות מושג VMPT) עם סיליקון VMPT) עם סיליקון V

Reverse Recovery Characteristics

התנהגות ההחלמה לאחור של כוח דירוד עמוק משפיעה על החלפת הפסדים והתערבות אלקטרומגנטית (EMI) בכוננים מוטוריים. במהלך תפנית, סיליקון PIN diode מאחסן ספקים באזור הסחף שיש לסחף או recombined, גרימת הדופק הנוכחי הפוך עם נפילה חדה (IRM) וזמן התאוששות (treation) × IRM מגדיר את ההחלמה לאחור של ה- QR> יש צורך בירידה משמעותית כמו גרורת לחץ אווירי (Ric) על פני גרור את הלחץ של גרורת לחץ גבוה יותר ⁇ ) ו- QRic) ו- QRic) ו- QRic) ו- QRic יותר עבור תאים גדולים יותר עבור תאים גדולים יותר על פני ⁇ dic יותר על ידי ⁇ dic יותר מאשר תאים גדולים יותר מאשר תאים גדולים יותר מאשר תאים גדולים יותר ⁇ dic יותר, כמו גם על ידי ⁇ d.

ניהול תרמי: מצומת ל-Aibaent

ניתוח דיאודות גבוה קבוע תלוי שמירה על טמפרטורת הצומת (Tj) מתחת לדירוג המקסימלי (בדרך כלל 150-175 מעלות צלזיוס עבור Si, 175-200 מעלות צלזיוס עבור SiC) את סך הניתוק הכוח (Ptot = אובדן התנהגות + החלפת + אובדן + הפסד + הפסד דליפה + הפסד) יש להסיר באמצעות ערימה תרמית מורכבת של השבב או שכבת החטא, תת-סטרוט, בסיס plate (IM) כולל שיקולים), חום (T))

  • (FLT:0) התנגדות תרמית חד-צדדית (Rth(j-c)): אנדרט 1 (Ral) (Rth(j-c)): סוללת 1:1 זה מצטמצם על ידי שימוש בצ'יפס גדולים-שטח (לחלוק חום), נספח דק (סולדר או כסף מחטא), וקרמיקה בעלת מוליכים-ת גבוהה כמו אל-N או Si3N.
  • (FLT:0Case-to-heatsink Resistance (Rth(c-s)): אנדרט 1 החל ממחלה תרמית ביצועים גבוהים או שינוי שלב TIM, בשילוב עם לחץ גובר מתאים (המפורט בגליונות נתונים), מקטין את ההתנגדות הזו.
  • <חזק>Heatsink ואוויר מאולץ / קירור: עבור זרמים מעל 100 A, קונפדרציה טבעית היא לעתים קרובות לא מספיק; מהנדסים חייבים לתכנן מחוסנים אלומיניום (עם התנגדות תרמית < 0.5 ° C / W) ומעריצים או לולאות קירור מים. סימולציה CFD מומלץ לייעל גיאומטריה וזרימה אווירית.
  • (FLT:0) תנופה תרמית מתמשכת:FLT:1 Motor Drive ניסיון עומסים לסירוגין (למשל, מחזורי האצה) עקומת ההתרחשות התרמית הטרנסנדנטלית (Zth(j-c) מאפשרת חישוב של טמפרטורת צומת שיא בתנאים מותקפים, אשר יכול להיות גבוה יותר מאשר תחזיות מצב יציב.

עבור זרמים גבוהים מאוד (>500 A), דיודות הקש-חבילה (עם מגע לחץ ישיר) משמשים כדי לחסל עייפות מכר ולקבל קירור דו-צדדי.זה נפוץ HVDC וכוננים מערכתיים גדולים אבל הוא גם מוצא שימוש בשליטה מוטורית תעשייתית עבור יישומים עתיריות גבוהה.

אסטרטגיות עיצוב מתקדמות

שכבת פרופיל ואופטימיזציה של פרופיל

בדלודה כוח PIN, עובי שכבתי המואר (I) קובע את המתח חוסם יכולת.אזור סחף עבה יותר מגביר את המתח השבר, אך גם מעלה את הירידה קדימה של מתח ועלייה מאוחסנים, להחמיר את ההתאוששות לאחור. מהנדסים חייבים לבחור עובי ההתנגשות הנדרשת במתח חסימת הפלטינה (למשל, 1200 VAC) תוך שמירה על VFearcio ו- QFreave בתוך גבולות מודרניים (Dic) כגון: סימולציה מבוקרת (DVFic) ו-iFic) ו-iFicial) סימולציה (DVericericial) ו-iFicericeration) מאפשר בקרת מתח (Dancedation) ו-iFicericer אלקטרו-iFiceration) (DVer (Dancedation) ו-Vericericericeration) (DLC) (DLC) (DLC) ו-Fic) (D.com) ו-V.com) סימולציות יתר של מערכת ההפעלה (DLC) ו-V.com (D.com (DLC) ו-V.com) כדי סימולציות מבוקרתפקדומטרהפחתת מתח (

צומת הנדסה ו- Edge Termination

התנהגות צומת אחידה היא קריטית למניעת כתמים חמים והתמוטטות מוקדמת.בזרמים גבוהים, האזור הפעיל של דיאוד חייב לבצע את המדים הנוכחיים; כל אי-uniformity מוביל חימום מקומי וברח תרמי.FLT:0Edge End StructuresFLT:1 (למשל, טבעות שדה, צלחות שדה, או הרחבה) הם חיוניים כדי למנוע שדה חשמלי במתח מתקדם במיוחד, כי הם גורמים דרמטיים גבוה יותר של שדה C-ה, במיוחד, כי הם גורמים מתקדמים יותר, כי הם גורמים מתקדמים יותר, במיוחד, כי הם חומרים מתקדמים יותר, כי הם גורמים מתקדמים יותר, כי הם התמוטטות גבוהה יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם גורמים מתקדמים יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם גורמים מתקדמים יותר, כי הם גורמים דרמטי יותר מאשר תאים חשמליים, כי הם גורמים דרמטי יותר של תאים חשמליים, כי הם צומת גבוה יותר מאשר תאים חשמליים, כי הם גורמים דרמטי יותר, כי הם גורמים דרמטי יותר, כי הם גורמים דרמטי יותר, כי הם צומת גבוה יותר מאשר תאים חשמליים, כי הם גורמים מתקדמים יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם צומת גבוה יותר, כי הם צומת

אריזה ושילוב מודול

החבילה שבה שבב הדיוודה חייב לספק בידוד חשמלי, עוצמה מכנית, ומשלוח חום יעיל.חבילות נפוצות עבור דיאודות מתקדמות כוללות:

  • (בלטינית:0)TO-247 (המתה של המפנה): מתאים לזרמים עד 50 A. מציע ביצועים תרמיים בינוניים וקלות של עלייה.
  • (FLT:0SOT-227 (miniBLOC) / ISOTOP:Felo:Felo:FLT:1 יכול להתמודד עם 100-200 A עם בסיס מבודד, המאפשר מודולים מרובים על תנור חום משותף.
  • (ב) ,0) חבילות (דיסק): חליל 1 (FLT:1) בשימוש עבור 500 A ומעלה, עם אמינות גבוהה קירור דו-צדדי.
  • (FLT:0) מודולים (למשל, 34 מ"מ, 62 מ"מ, 120 מ"מ חבילות): ibFLT:1 integrate מספר רב של דיודות ו transistors (למשל, IGBTs או MOSFET) במודול יחיד, נפוץ בכוננים תעשייתיים. בתוך מודולים כאלה, הדירק מתחבר ישירות לטר של Transistor באמצעות חוטים או קליפים נחושת.

(ה) יכולת הרכיבה המסוכנת של החבילה היא גורם אמינות גדול.הלא מתאים במקדם של התרחבות תרמית (CTE) בין שבב הסיליקון (2.6 ppm/K) לבין בסיס הנחושת (17 ppm/K) גורם ללחץ על מפרקי מכרה. Using:0active Metalzed (AMB) substratesFLT:1 עם שכבות עבות או F2R: HDR) מחוספסת באופן משמעותי על פני כדור הארץ.

מבצע משותף של דיודות

כדי להשיג דירוגים הנוכחיים מעבר למה שמות יחיד יכול לספק (למשל, 300 A), מספר רב של דיודות מחוברים במקביל, עם זאת, פעולה מקבילה דורש עיצוב זהיר כדי להבטיח שיתוף שווה בירידה של מתח קדימה (VF) להוביל להתפלגות סניף דינמי (Diqual) עם חוסר איזון ישיר עם VFlowing הנמוך ביותר יש יותר חום (גבוה VF עלה עם טמפרטורה ב-pIN) וחוויה תרמית (Floweric) עם LT2 (Flowing) הוא מסוגלות יותר חום).

בדיקות וגמישות

בדיקה אחרונה ב-18 ביולי 2008. ^ Surge Testing

(ה) בדיקות אמינות לדיונים של שליטה מוטורית הן תקנים כגון: (FLT:0)JEDEC JESD22IRLT:1,FLT:2AEC-Q101FLT 3: (עבור כיתה) ו-FLT:4AQG324303FLT:5 (עבור מודולי חשמל).

  • (FLT:0) העלאה מחודשת של המבחן הנוכחי: ההרחבה 1 (FLT:1) החלת זרמי חצי-סין (למשל, 10x nominal) עבור 10 מ's כדי לאמת את הקשר ואת עוצמת השבבים.
  • (FLT:0) לחץ גבוה-נוכחי: FIRLT:1) הפעלת הדיודה בטמפרטורה מדורגת הנוכחית והטמפרטורה של 1000+ שעות, ניטור VF וניקוי הסחף הנוכחי.
  • (FLT:0) מתח ההטיה הפוכה (HTRB): החלת מתח הפוך בטמפרטורה גבוהה (למשל, 150 מעלות צלזיוס) למשך עד 2000 שעות כדי לזהות כישלונות מוקדמים עקב פגמים.

אופניים ועוצמה Cycling

התנאים המלחיצה ביותר עבור דיוודה כוח הם תנודות טמפרטורה הנגרמות על ידי שינויים עומס או שינויים מסובכים. שני סוגים של רכיבה על אופניים הם רלוונטיים:

  • (FLT:0) רכיבה על אופניים תרמיים: FLT:1 משנה את הטמפרטורה הממוקדת (למשל, 40 מעלות צלזיוס ל +125 מעלות צלזיוס) ללא חשמל, אשר בודקים את CTE לא מתאים בין חומרים.
  • (FLT:0) רכיבת חשמל קולקטיבית: 1FLT:1 Alternating high-current (התחממות) ו- Zero-current (ממתקפה) שלבים, אשר מחקה את פעולת הנהיגה האמיתית.

סיצי מודרני מת עם כסף חטא מת נספח וחיבור נחושת יכול לשרוד > 100,000 מחזורי חשמל, הרבה יותר מעל האמינות של אסיפות מבוססות מכר קונבנציונלי.

ריי חטוף כישלון

(הדגשה גבוהה) הן רגישות לשריפת יחיד-אפילוט הנגרמת על ידי נויטרונים באנרגיה גבוהה מן קרניים קוסמיות.שיעור הכשל עולה עם מתח ומיידיים מוחלים וגובה.בדיקה לכל אורך:0IEC 62380FLT 1 או FLT:2JED JESD89FLT 3, כולל אינדקס IFLT:2, עם מתח עבה של חום (DV) ו-Digital Retraating).

מגמות עתידיות ב High-Current Power Diodes

Bandgap Dominance

כמו הייצור SiC גדל ועלויות יורדות, עיצובים תעשייתיים חדשים מעל 10 קילוואט יותר ויותר לאמץ את כל השלבים של כוח SiC, כולל SiC diodes ו MOSFET. חיסול של זנב הנוכחי (ב IGBTs) ושיקום הפוך (ב diodes) מאפשר מעבר גבוה יותר 100 kHz) עם הפסדים נמוכים יותר, המאפשר חום קטן יותר ורכבי כונן קומפקטיים.

שילוב למודולים חכמים של כוח (IPMs)

המגמה כלפי מקומות אינטגרציה גבוהים יותר בתוך IPMs הכוללים נהגי שער, מעגלי הגנה וחיישנים טמפרטורה. במודולים כאלה, המאפיינים החשמליים והרמימיים של דיאוד חייבים להיות משותפים הדוקים למתגים של בני לוויה.מודולים עתידיים עשויים לשלב בין ה-FLT:0embeddatedחיישניםFLT:1 (למשל, על טמפרטורת דחיסות טמפרטורה) עבור צומת מתקדם, המאפשר אלגוריתמים מתקדמים.

Cooling מתקדם: נוזל כבד ו- Double-Side Cooling

עבור תצפיות כוח גבוהות מאוד (>1000 W/L עבור מופנים), תנורי חום מסורתיים מוחלפים על ידי FLT:0two-phase נוזל קירור FLT:1 (למשל, צלחות קרות עם microchannels) או אפילו קירור נוזל ישיר.זה מאפשר דיודות לפעול בטמפרטורות צומת נמוכות יותר, שיפור חיים ומאפשר זרם גבוה יותר באמצעות החבילה.

מסקנה

תכנון של דידות כוח מתקדמות עבור יישומים תעשייתיים פיקוח דורש גישה רב תחומית איזון פיזיקה למחצה, הנדסה תרמית ואמינות ספציפית יישומים.מבחירה חומרים (Si vs. SiC לעומת GaN) והנדסת צומת מתקדם כדי אריזה ובדיקה קפדנית, כל החלטה המתארת את יכולת השליטה של דיוודה לנהל מאות של אמפס בעוד הישרדות מיליוני מחזורי כוח.

(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]