連続運転環境におけるサイリスタの長寿を改善する方法

サイリスタウェアとティーラーの理解

サイリスタは、電力変換、モータードライブ、および産業用加熱システムにおける高電気および熱的ストレスの下で動作します。時間が経つにつれて、これらのストレスは、半導体の接合、内部のはんだ接合、およびパッケージの機械的完全性を劣化させます。主要な故障メカニズムを認識することは、それらを緩和するための最初のステップです。

熱疲労

反復力循環は、シリコンチップとそのアタッチメントが異なる速度で拡大および契約を引き起こします。シリコンダイ、モリブデンまたはモリブデンコッパーベースプレート、銅熱拡散器の間で熱膨張係数(CTE)の不一致が機械的緊張を発生させます。数千を超えるサイクル、はんだジョイントクラックが熱抵抗を増加させます。同じ負荷の接合が熱電を走るにつれて、亀裂成長が加速し、最終的には短絡または短絡速度につながります[F] [F] [F] 温度と温度の上昇速度は、温度の上昇に左右されます。 [F]

電気過圧力

スイッチングイベント、雷サージ、または誘導負荷キックバックからの電圧トランジェントは、バリヌの故障を引き起こし、サイリスタの遮断電圧評価を超えることができます。同様に、ハイディ/ドットイベント - たとえば、サイリスタが短絡にオンになっている場合 - シリコンを溶かすローカライズされたホットスポットを生成します。シングルショットサージ評価の下の反復過電流は、ゲートカデクションのジャンクションを劣化させるか、またはドーピング速度を制限するかどうかを検証します。

機械および環境の圧力

産業機械の振動そして衝撃はんだの接合箇所を骨折するか、またはシリコンの基質をひびかすことができます。湿気および腐食性のガスは金属化の層および結合ワイヤーを攻撃し、時間の上の前方電圧低下を高めます。高度は空気の誘電強さを減らします、潜在的に外的なフラッシュオーバを引き起こします。信頼性が高い取付けのために、機械弱まる、付着力のコーティングおよび適切な整理の間隔は要求されます。

サイリスタ寿命を延ばすための戦略

連続デューティアプリケーションにおけるサイリスタの運用寿命を延ばすには、熱管理、電気保護、ゲートドライブの設計、機械的アセンブリ、メンテナンス手順を覆うシステムレベルのアプローチが必要です。

高度な熱管理

ジャンクション温度の10 °C削減は、通常、半導体デバイスの故障率を半分にします。効果的な冷却は、最悪の電力損失のために評価されるヒートシンクの選択から始まります。並列ファン配列で強制空冷は冗長性を提供します。1つのファンが失敗すると、他の人は気流を維持します。高出力のインストールでは、脱イオン水または誘電液を使用して液体冷却は、空気よりも効率的に熱を除去することができます。フェーズ・チェンジ・パッドやグリースの交換を効果的に低減するために、通常のグリースの交換を防止するために、熱を交換する必要があり、通常の耐摩耗を最小限にする必要があります。

電圧および現在の管理

スヌーバーネットワーク(RCまたはRCD)は、電源(dV / dt)の上昇率を制限し、誤った回転を防止し、スイッチングロスを削減します。適切に設計されたスヌーバークランプは、ダイオードの逆回復またはサイリスタの独自の回転から電圧スピークをクランプします。メタル酸化物バリスタ(MOV)またはシリコンアバランチェ抑制剤は、電流を削減する短時間放電(TVS)を回転させないため、短時間/短時間放電を削減します。

ゲートドライブの最適化

サイリスタのゲートトリガー特性は、ターンオン損失と長期信頼性に影響を及ぼします。速い上昇エッジ(ハイディ_{])を持つゲートドライブは、G} / dt]と十分な振幅(通常10〜20 V〜20 Vを10〜20 Vで、大きなサイリスタ)で均一な導電性を確保します。過給ゲートによる部分的な回転は、電流のループやゲートを遮断するなどの要因も変化を引き起こします。

機械的整合性

取付トルクはメーカーの指定範囲内で適用されなければならない - あまりにも低すぎる増加熱抵抗、あまりにも高すぎると、セラミックハウジングやシリコンダイをクラックすることができます。プレスパックアセンブリの場合、クランプ力は、内部アークやマイクロ - 移動を避けるために均一でなければなりません。高振動環境では、すべての電気接続上の耐衝撃 - 吸着マウントとロックワッシャーを使用します。熱サイクルもファスナーを緩めます。メンテナンス中に定期的な再調整は、接触が硬化し、熱硬化および熱硬化性を保留します。

メンテナンス・点検

積極的なメンテナンススケジュールは、より一層の寿命を延ばします。動作中の赤外線サーモグラフィーは、故障が起こる前に熱ジョイントまたは異常なヒートシンク温度を識別します。予圧電圧低下(V[_F[])を測定し、固定電流と温度でトレンダリングメトリックを提供します。グラデーションの増加は、ボンドワイヤの劣化またははんだ疲労を示します。同様に、上昇する熱抵抗(R[_{)])])、および温度は、温度が、および温度の低下が、および温度の低下が異なる状態の検出、および温度が、または温度の低下の低下が、または発熱状態の低下するかどうかを正確に測定します。}

信頼性のための追加のヒント

コア戦略を超えて、複数の設計と調達の決定により、継続的な運用環境における長寿が向上します。

コンポーネント選択

軍用またはMIL-STD-19500のためのACC-Q101を満たすような、修飾された信頼性のサイリスタを選ぶことはより堅いプロセス制御および堅牢性を保障します。高電圧および現在の評価の低下(例えば、定格V_{]の80 %)RRM}および評価されるI[_TAV)は、より低い温度の上昇のためのトランプレッサーを提供します。 [FLTFLT]および5]は、より大きい適用を要求します。

冗長性とデザインマージン

計画されていないダウンタイムが許容できないシステムでは、冗長性を考慮する。並列の2つのサイリスタは、負荷を共有することができます。 1つは開いていない場合、もう1つは動作を継続します(減少したマージンで動作)。シリーズ文字列、電圧-シェーディング抵抗器、およびRCスヌーバーは、ブロック中にバランスを確保します。 System-レベルの設計マージン(例えば、定格電圧の70 %で動作し、定格電流の50%)は大幅に低下し、熱と電気的ストレスを低下させ、AC-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-

環境制御

封入式エアインテークによる封入により、埃、塩、導電性欠片の汚染が軽減されます。屋外または高湿度の設置には、冷間面の結露を防ぐためのヒーターを使用します。2000mを超える高度(IEC 60068‐2‐13)の脱着は、空気密度の低下による対流冷却および下誘電強度が低下するため必要です。腐食性ガス(例えば、H2S、SO2)は、電気回路の発生を防止し、銀めっきおよび防ぎます。

コンテンツ

連続運転環境におけるサイリスタの長寿性向上は、故障メカニズムの包括的な理解と、堅牢なエンジニアリング対策の適用が求められます。効果的な熱管理、慎重な電気保護(スヌーバー、TVS、シリーズインダクタ)、最適化されたゲートドライブ、および適切な取り付け手順は、それぞれ、半導体のストレスを軽減する貢献を要求します。サーモグラフィー、V_F]を使用して定期的なメンテナンス、および熱抵抗チェックは、早期に、性能低下の制御を発揮します。これらのシステムは、これらの性能を低下させる、信頼性の高いシステムが、性能を低下します。

よりサイリスタの信頼性と設計ガイドラインのさらなる読み込みのために、次のリソースが推奨されます。