Critical Systems의 Thyristors 소개

Thyristors는 전력 전자의 고전압과 전류를 관리하는 필수 반도체 스위치입니다. 그들의 신뢰성은 직접 항공 우주 전력 변환기 및 의료 세동 장치에서 고전압 직전 (HVDC) 전송선에 중요한 체계의 안전 그리고 기능에 충격을 줍니다. 위성 전력 버스 또는 격자 동점 변환장치에 있는 단 하나 thyristor 실패는 catastrophic 체계 손실로 케이케이드 할 수 있습니다. 엔지니어는 그러므로 이 장치의 고장 물리를 이해해야 합니다, 안전, 실패 안전, 현재 전략의 현재 계획 및 현재 계획의 이 체계에 의해.

Thyristor 운영의 기본

실리콘 제어 정류기 (SCRs) - 4 층, 3 접합 p-n-p-n 장치가 특히 불린 Thyristors-often. 그들은 비스듬한 엇바꾸기를 전시합니다: 일단 긍정 문 현재에 의해 지휘로 방아쇠를 당하고 유지 현재의 밑에 양극 현재 가을까지 계속 계속되십시오. 이 특성은 단계 통제, 과전압 crowbar 회로 및 맥박이 뛴 힘에 대하 그(것)들을 더 이상 합니다. 다른 궤양은, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스, 턴스 턴스, 턴스, 턴스, 턴스 턴스 턴스, 턴스 턴스, 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴스 턴

신뢰성 요인

중요한 응용 분야의 신기술의 신뢰성은 각 관련 요인의 사슬에 달려 있습니다, 디자인, 선택 및 가동 도중 관리되어야 하는 각.

물자 질 및 제조공정

Thyristor 신뢰성은 웨이퍼 품질로 시작. 분해, 겹쳐 쌓이는 결함과 같은 결함 또는 금속 불순은 현지화한 핫 스팟 또는 조기 고장 사이트를 만들 수 있습니다. 현대의 넥스트 트론 변이 도핑 (NTD)는 고전압 장치에서 균일 한 저항성을 달성 할 수 있습니다. 다이 부착 및 접착 와이어 무결성도 문제 : 납땜 관절의 공명, 가속 실패 증가. 제조업체 [[[[[[[[]]]]]][[[[]]]]]]]][[[[]]]]]]]]]][[[[[]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]][[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

열 관리

정션 온도 (T]j)는 천리성 수명에 영향을 미치는 단일 가장 영향력있는 매개 변수입니다. 모든 10-15 °C 상승 정격 T[j]는 반에 대한 수명을 절단합니다. 중요한 시스템에서, 디자이너는 안정된 전도 손실, 전환 손실 및 과도한 과부하에 대한 계정이어야합니다. 열 싱크, 강제적 팽창, 냉각 및 열팽창식 (열)의 열팽창식 (열)]

전기 스트레스

과전압 일시적 (전도적인 킥백 또는 번개에서 전압 스파이크)는 넥타이어의 반복적인 피크 반전 전압 (V RRM)을 초과하고 avalanche 고장을 일으킬 수 있습니다. 턴온 동안 높은 디 / Dt는 현지화된 현재 크라우드 스팅 및 핫스팟을 만들 수 있으며 안전한 운영 영역을 줄이기 위해 (SOA). 반복적인 dv / dt 스트레스는 턴온 전압을 초과하는 경우 다공성 전압의 전압을 초과할 수 있습니다.

적용 의무 주기 및 짐 단면도

항공 우주 또는 의료 시스템에서, 사이리스터는 종종 낮은 듀티 사이클, 높은-현재 모드에서 작동. 펄스 전력 응용 프로그램은 장치의 피크 전류 기능 (I]TSM) 및 I2]]t 등급에 주의를 기울여. 반복 된 큰 파도 전류는 결합 와이어 혼란 또는 로컬 금속화 녹을 일으킬 수 있습니다.

Thyristors의 일반적인 실패 모드

Thyristor 실패는 전기, 열, 또는 기계적인로 넓게 분류될 수 있습니다. 아래는 중요한 체계에서 발생하는 가장 전동적인 실패 형태입니다.

열 러웨이

열 런웨이는 내부 누설 전류 (역 차단 접합에서 가장)가 온도로 폭발적으로 증가할 때 발생합니다. 장치 열으로, 누설이 증가함에 따라 접합 온도가 실리콘의 본질적 한계 (약 200-250 °C)를 초과할 때까지 더 많은 열을 생성하는 것은. 그 시점에서 장치는 제어 할 수 없으며 단락이나 용해 될 수 있습니다. 완화는 낮은 누설 디자인, 강력한 열 싱크 및 높은 온도 모니터링 시스템에서 활성 온도 모니터링을 필요로합니다.

문 방아쇠 실패

게이트 카스 데드 접합은 정전기 방전 (ESD), 반복 게이트 과전류, 또는 부식 오염으로 인해 degrade 할 수 있습니다. 증상은 증가 게이트 트리거 전류 (IGT]) 또는 트리거에 완벽한 인성을 포함합니다. 중요한 시스템에서 게이트 드라이버 회로는 현재 및 전압을 제한해야하며, 천체는 응용 온도 범위에 대한 보장 된 최소 게이트 감도 한계로 선택해야합니다.

Avalanche 고장

전압이 고장 전압 (V]BR)을 초과하면, 역방향 정션은 제어 된 avalanche 멀티 복제를 입력합니다. 현대 사이리스는 제한된 avalanche 에너지를 생존 할 수 있지만 반복 된 이벤트는 조기 고장으로 이어지는 접합 가장자리 종료에 누적 손상을 유발합니다. HVDC 응용 분야에서, 일련의 갑옷의 더미는 정적 인 전압 공유 및 동일성을 사용하여 평등하게 전압 공유해야합니다.

전자 이동 및 금속화 효과

높은 전류 밀도 (10]]5] A/cm2]]]2]] 알루미늄 금속화, 전기 풍력 분산 금속 원자, 공극 및 언덕을 생성. 이 점차적으로 저항을 증가 하 고 마지막으로 개방 회로를 일으킬 수 있습니다. 전기 이동은 온도에 의해 가속 마모-아웃 메커니즘입니다. 두꺼운 구리 금속화 및 적절한 전류를 감소. 이 위험이 증가.

dv/dt와 di/dt 실패

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Cosmic 방사선 효과

항공 우주 및 고위 그리드 응용 분야에서 우주 레이에서 대기 중력은 단일 배출 버너 (SEB) 또는 단일 배출 게이트 파열 (SEGR)를 일으킬 수 있습니다. 이들은 정적 등급의 밑에 전압에서 잘 발생하는 급격한 파괴적 인 실패입니다. 제조업체는 이제 cosmic ray 반항 등급 고전압 천리, 전압 및 전압에 대한 고전압 천리, 그리고 전압을 기반으로하는 설계 또는 설계를 기반으로합니다.

Mitigation 전략

신뢰할 수있는 천리성 기반 시스템을 구축하여 주의적인 장치 선택, 회로 보호, 열 설계 및 건강 모니터링의 조합을 필요로합니다.

열 설계 및 Derating

항상 최대 정격 접합 온도의 밑에 사이리스터를 운영하십시오. 전형적인 감속 가이드라인은 T]를 지 를 오래 생활 신청을 위한 절대적인 최대의 밑에 25-50 °C를 지킵니다. 열 싱크 디자인은 최악의 케이스 주위 상태를 위해 계정해야 하고, 일시적인 열 임피던스는 제조자 곡선을 사용하여 확인되어야 합니다. 단계 변화 열 공용영역 물자 는 접촉 저항을 감소시키고 열 수명의 밑에 개량합니다.

과전압 및 과전류 보호

금속 산화물 배리스터 (MOVs), 일시 전압 억제 (TVS) 다이오드 및 snubber 네트워크 클램프 전압 스파이크. 과전류를 위해, I]22]t 등급은 짧 회로 사건에 대하여 보호해. 활동적인 죔쇠 회로는 또한 SOA 내의 장치를 지키는 동안 과전압 에너지를 흡수할 수 있습니다.

중복 및 De-rating

항공기 전원 변환기와 같은 중요한 시스템에서, 중복된 천명의자는 종종 일련의 또는 병렬로 처리 다이오드로 배치됩니다. 시리즈 문자열은 저항기와 스누버를 균형이 잡힌 전압을 요구합니다; 부정적인 온도 계수 효과 또는 일치한 장치를 통해 평행한 연결 수요 현재 공유. N+1 중복]는 단 하나 천명의 실패가 체계가 내리지 않다는 것을 보증합니다.

상태 모니터링 및 Prognostics

고급 시스템 모니터 온-state 전압 드롭 (V]T]), 게이트 누설, 그리고 실시간 접속 온도. VT]의 증가는 현재 결합 와이어 분해 또는 다이 부착 피로를 나타냅니다. 이러한 매개 변수를 추적함으로써 유지 보수는 실패 전에 예약 될 수 있습니다. EEE]의 전력 전자상거래는 이러한 반도체에 대한 수많은 연구가 출판되었습니다.

Critical Systems의 테스트 및 자격

항공 우주, 군, 의료 응용 분야에서 사용되는 천리성 검사는 MIL-PRF-19500 또는 AEC-Q101과 같은 표준에 따라 광범위한 자격을 요구합니다. 주요 테스트에는 다음과 같습니다 :

  • 고온 역 비스듬한 (HTRB) - 1000 시간 정격 전압 및 최대 접합 온도에서 이온 오염을 위해 스크린.
  • 온도 사이클링(TC) - 일반적으로 -55 °C ~ +150 °C 500 사이클 동안 열 피로 저항을 확인.
  • 전원 사이클링(PC) - 가동 스트레스를 시뮬레이션하고 와이어 접착 신뢰성을 평가하기 위해 반복적인 온/오프 전류 펄스.
  • Surge current testing - 정격 I]]TSM 펄스의 적용으로 견고성을 검증합니다.

높은 스트레스 수준에서 가속된 수명 테스트는 Arrhenius 또는 Coffin-Manson 모델을 통해 조건을 사용할 수 있습니다. Texas Instruments의 애플리케이션 노트 전원 장치 신뢰성는 이러한 평가에 대한 실용적인 지침을 제공합니다.

관련 기사

Thyristors는 고출력 중요한 체계에 있는 기초 성분을 남아 있습니다, 그러나 그들의 신뢰성은 열, 전기 및 환경 긴장에 주의를 주의합니다. 이해 실패 형태에 의해 - 열 runaway, 문 degradation, avalanche 고장, 전기 이동, dv/dt 또는 di/dt 유도 실패, 및 cosmic 방사선 효력은 - 기술설계자는 적당한 열 싱크, 방어적인 snubbing, 중복 및 상태 감시와 같은 완화 측정을 디자인할 수 있습니다. 퀄리티는 더 높은 온도 측정을 위해, 더 높은 온도 측정을 위한 시험 장비의 범위를 증가하는 것을 보증합니다.