מבוא ל Power Diode Arrays עבור High-Current, נמוך-Voltage Applications

מערךי דיודות כוח הם גוש בנייה יסודי במערכות חשמל מודרניות רבות.בסביבות בעלות ערך גבוה, נמוך - כגון מטען סוללות, DC-DC ממירים, ממריצים כלי רכב, ואספקת כוח נמוכה-התמה - אלה שיתופי הפיכה להתמודד עם עשרות ממריצים קבועים, תוך שמירה על ירידה נמוכה קדימה לצמצום ההפסדים.

מאמר זה מספק מדריך מקיף לתכנון מערךי דיודות כוח עבור יישומים עתיריים, נמוכים ומורכבים.We מכסה את הבחירות הטופולוגיה הבסיסית - סדרה, מקבילה, היברידית - ולאחר מכן לבחון את הפרמטרים החשמליים הקריטיים השולטים בביצועים.ההנהלה התרמומלית מקבלת תשומת לב מסוימת כי הדור החום הוא הגבול העיקרי על מעגלי טיפול נוספים של כוח, איזון רשתות, סימולציה, וטכניקות על ידי המהנדסים יעילים, יש לספק את דרישות אלקטרוניקה.

יסודות הכוח דיודה ארורי

סדרה וקונפדרציה מקבילים

ברוב הטיפוח הנמוך, מערכות מתקדמות, דידות קשורות במקביל להגדלת היכולת הנוכחית.חיבור סדרה, בעוד פחות נפוץ עבור עיצובים נמוכים, ניתן להשתמש כדי להשיג דירוג מתח הפוך גבוה יותר כאשר דידות בודדות יש מספיק יכולת חסימת. מערך היברידי - לדוגמה, שני מיתרים מקבילים ערימה בסדרה - יכול לעמוד במקביל הן נוכחיות והן מטרות.

יתרונות ואתגרים

היתרון העיקרי של מערך דיאוד מעוצב היטב הוא קנה מידה. על ידי הוספת דיודות מקבילים, מעצבים יכולים להגיע לדירוגים הנוכחיים כי שום מכשיר זמין מסחרית יחיד יכול לספק.יתר על כן, אדמוניות בנוי - אם אחד דיאודות נכשל פתוח, הדידות הנותרים יכולים לעתים קרובות להמשיך לפעול, אם כי עם שולי מופחת.

עיצוב חשמל מיוחד Parameters

ההשתתפות הנוכחית וההתחברות הנוכחית

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (ב) ,0) ,(ה) ,(ה) ,(ה) ,(ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ניגודי הכדורים (FLT:1: התנגדות קטנה (לעיתים קרובות על סדר מילימטר) בסדרה עם כל כוחות דיאודה יותר שווה הפצה הנוכחית עלות אובדן נוסף.
  • (FLT:0) מעגל איזון קולקטיבי (FLT:1): מעגלים מבוססי טרנזיטור אשר להתאים באופן דינמי את הזרם דרך כל ענף, בעיקר בשימוש במערכות מאוד גבוהות של אמינות.

Reverse Recovery and Switching Behavior

ביישומים עם מעבר גבוה - כגון מחזרים סינכרוניים או דידות חינם בסימני גשר - את ההחזרות לאחור מטען FLT:0QFLT:110RLT:2FLT:2FLT 3FLT 3FLT הופך להפסדים מהירים יותר מצמצם את ההפסדים לאחור ולהפחית את ההפרעות האלקטרומגנטיות.

המונחים: overload Capability

(המערכות הקיימות לעיתים קרובות חווה אירועים של עלייה - סטארט-אפ מוטורי, טעינה של קיבול או עומס טרנזיס - אשר עשוי לספק 10 עד 20 פעמים זרם נומינאל עבור כמה אלפי שניות. דידס חייב להיות מדורג עבור גל הנוכחי (FLT:0IFLT:1FLT:2FLT 3 נתון בנתוני, סך כל יכולת הגדיל של קיבולת גבוהה של LT5 לא צריך להיות משותף אפילו על ידי קיבולת גבוהה יותר של LT5.

ניהול תרמי ב High-Current Diode Arrays

(ה) "הדור החום" הוא הגורם העיקרי לצמצום צפיפות הכוח (הכוח הכולל מתפזר במערך הוא ה-FLT:0) ;0 (PLT:1dissFLT:2=VirFLT 3FLT:4FLT:4 × IFLT:5gavgavgLT 7 עבור כל דיפול, מסתכם בכל המכשירים שאינם בעלי טווח נמוך (אך) ו-250 מעלות צלזיוס).

עיצוב חום Sink ו-Thermal Resistance

ההתנגדות התרמית הצומת-למבינטית (FLT:0RirveFLT:1 ⁇ javeph:2FLT 3: 3) יש לשמור נמוך.עבור ל-247 או חבילות דומות, כרטיסית מתכת היא הנתיב החום העיקרי 125 מעלות צלזיוס בדרך כלל על משטח חום משותף או בסיס נחושת כולל ממשק תרמי (TIM) עם עומס חום גבוה יותר, החלת שטח חום גבוה יותר, אפילו לא צריך להיות מגובה חום גדול יותר, או משטח קבוע, עם עומס גבוה יותר, עם חום גבוה יותר, עם עומס חום גבוה יותר, עם עומסי חום גבוה יותר, או משטח קבוע, 000 גבוה יותר, עם עומסי משקל גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000.

המונחים: Thermal Efficiency

במערךי דיוודה על פני השטח, ה- PCB עצמו הופך למפיץ חום חיוני.מעצבים צריכים להשתמש לשפוך נחושת עבה (2 oz או יותר), מספר רב דרך להעביר חום למטוסים פנימיים, ומיקום זהיר כדי להימנע מקהל תרמי. דידס צריך להיות ממולא לפחות שני רוחב גוף בנפרד כדי לאפשר חום להתפשט מאוחר יותר.

שיטות קירור יעילות

עבור ענפים מעל 200-300 A, כיור חום פסיבי יכול להיות לא מספיק.ל קירור אוויר מוגבל עם מעריצים מגביר את העברת חום אחיד על ידי גורם של 2-5 במקרים קיצוניים, קירור נוזלי - צלחות קרות או תנופה נוזלית ישירה - הופך הכרחי.כאשר שילוב קירור פעיל, מעצבים חייבים לקחת בחשבון אמינות מאוורר (הצפה), הצטברות אבק, רעש אקוסטי.

אסטרטגיות אמינות והגנה

מעגלים סנקוברים לוולטראז ספייקס

אפילו במערכות מתח נמוכות, מעבר טראנסים יכול לייצר ספייק מתח העולה על דירוג המתח לאחור של דיאוד. ⁇ Parasitic in the Loop (מבדים, חוטים וחבילות diode) המאחסן אנרגיה המשוחררת כמו צלצול גבוה של תחנת כוח המשיכה כאשר diodes מכווץ. a פשוט RC תקוע על פני המערך לחות זה עוזר גם על ידי טווח nbt 10.

⁇ ⁇ ⁇

כפי שנדון קודם לכן, התנגדות סדרה בכל ענף היא הדרך האמינה ביותר לאכוף את שיתוף הנוכחי.ערך ההתנגדות הוא הסכם סחר: ערכים גבוהים יותר לשפר את האיזון אבל להגדיל את אובדן הכוח.נקודת התחלה טובה היא לבחור מתנגדים כך שהמתח מעבר לניגוד בשוויון המקסימלי הנוכחי שווה בערך 10% של ירידה קדימה הכוללת של מעצבי דיוודה (למשל, 0.5 Vode), כלומר ירידה של 50V, כך שפחות לספירה נמוכה של 10 פרקים) יש להתנגד לדרגה נמוכה מאוד של שימוש בדרגה נמוכה מאוד.

מצבי כישלון ומייגציה

מצבי כישלונ נפוצים במערך דיאוד כוללים:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ : דיודה עם טמפרטורה מעט גבוהה יותר מגבירה את זרם ההדלפה שלה, אשר מעלה עוד יותר את הטמפרטורה. משוב חיובי זה מוביל לכישלון.
  • (FLT:0) פתח-הכישלון החלפה:1; לעתים קרובות נגרמת על ידי חוט חוט קצה-off בשל רכיבה תרמית.שימוש בדיודות עם אג"ח חוטים של הקלה מספקת ומאמץ, ושמירה על טיולים טמפרטורה נמוכה, מרחיבה את החיים.
  • (FLT:0) כשלון קצר-הקורסי 1 (FLT:) קשה יותר לזהות ולהגן מפני.ד דיאוד קצר שואב זרם מוגזם מהאספקה, ואת שאר הגוון עשוי להיות מוגזמים.

הדמיה תרמית רגילה ומדידה נוכחית תקופתית במהלך ניתוח המערכת יכולה לעזור לזהות תקלות לפני כישלון קטסטרופלי.

טכניקת סימבול ואימות

(הדגשה על מערך גבוה-נוכחי לעיתים קרובות אינה מעשית.סימולציה באמצעות כלים מבוססי SPICE (למשל, LTspice, PSpice) ותוכנות סופיות תרמיות מייעלות את תהליך העיצוב.מודלים סימולציה חשמלית צריכים לכלול ניכויים טפיליים של ה- PCB והחבילה, כמו גם תכונות מתח תרמיות של טמפרטורה.

אימות העיצוב הסופי חייב לכלול:

  • מדידה של זרם בכל ענף באמצעות בדיקה נוכחית או Rogowski coil במהלך פעילות עומס מלא.
  • הדמיה תרמית עם מצלמה IR לאחר איזון תרמי.
  • בדיקה אחרונה ב-17 במאי 2010. ^ ^ "U Obecniho Dumo for a control of FLT:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.
  • החלפת אפיון כדי לאשר את התנהגות ההתאוששות לאחור תואם סימולציה.

סימולציה מתעתקת למדידה בונה אמון בהתרגשות עתידיים ומפחיתה את הזמן לשוק.

התנצלות מתקדמת ומגמות מתפתחות

(הנסיעה ליעילות גבוהה יותר ודחיסות כוח הובילה לשיטות אינטגרציה של דיאוד-אריות חדשות. Multi-dieמודולים (למשל, כפול או quad Joint-cathodeחבילות) להפחית את החדירה הטפילית והפשטו את הפריסה על ידי הצבת מספר דיודות בחבילה אחת, כולל דוגמאות FLT:0Vis's diodeFLTFLTFalphir של קומפקטית (S) אשר משלבות ל-S) ל-Riclyd) ב-Riclyd) עלות הרבה יותר גבוה יותר (Riclyd) עלות (RICDICRic) עלות (Riclyd) עלות יותר (Riclyd) עלות (Riclyd) עלות (Riclyd) עלות של טמפרטורות גבוהות יותר (Riclyd) (Riclyd) (Riclyd) (Riclyd) עלות של קומפקטיות ב-S) (Side CLT2Cide CLT2Cide) (Riclyd) כולל דוגמאות (Ricide) (Ricide גבוה יותר) כולל דוגמאות) (Riclyd) כולל דוגמאות (

גישה נוספת היא להשתמש בשיתוף פעיל עם מנהלי שער אינטליגנטיים (עבור ממריצים סינכרוניים באמצעות MOSFET, לא דידות פסיביות) בעוד זה נע מעבר להיקף של מערךי דיודות מסורתיים, זה מייצג את העתיד של תיקון מקביל גבוה, שבו "דיודה" מוחלף על ידי מתג מבוקר להשגת ירידה כמעט אפס קדימה.

מסקנה

תכנון מערךי דיודות כוח עבור יישומים עתירי גבוה, נמוך דורש גישה רב תחומית המשלבת הנדסה חשמלית, ניהול תרמי וניתוח אמינות. לוקחות מפתח כוללות את הצורך של שיתוף זהה הנוכחי באמצעות התאמה או איזון התנגדות, החשיבות של מכשירים מתקדמים קדימה קדימה קדימה (Schottky או SiC) למזער פירוק, ואת התפקיד הקריטי של חום ושקעים של קירור תרמיים, מניעת סימולציה לטווח ארוך.

על ידי ביצוע העקרונות המפורטים במאמר זה והגדרת רשימות יישום כגון:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.