Giriş Giriş Giriş

Power elektronik cihazlar, modern elektrik sistemlerinin arka kemiğini oluşturur, endüstriyel motor sürücüleri ve yenilenebilir enerji dönüştürücüleri elektrik araç güçlendiricileri ve tüketici güç malzemeleri için güvenilir bir şekilde çalışır. Transistörler, diyotlar, yourristors ve insated-gate bipolar transistörler (IGBTs) ve bozulma özellikleri, yüksek miktarda çevresel koşullar altında güvenilir bir şekilde çalışır.Bu makaledeki elektriksel özellikleri ve uzun vadeli stabiliteleri doğrudan değiştirir.

Elektrik Davranışı ve Direnkliği Üzerine Etkisi

Bir yarı iletkenliğin elektrik iletkenliği, taşıyıcı konsantrasyonunun ürünü tarafından belirlenir ve taşıyıcı hareketliliği. Sıcaklık hem şarj taşıyıcılarının hareketliliğini etkiler ve intrinsic taşıyıcı konsantrasyonu, cihazdaki önemli değişikliklere yol açar. Çoğu güç elektronik cihazlar için, artan sıcaklık, taşıyıcıyı güçlendirerek, direnç arttırmaya eğilimlidir. Ancak, eşlik eden taşıyıcı konsantrasyonu, bu etkiyi belirli işletim rejimlerinde dengelemeye yol açabilir.

Taşıyıcı Hareketliliği Degradasyon

Kristal yarı iletkenler silikon, silikon (SiC) ve galyum nitride (GaN), şarj taşıyıcıları lattih vibrasyonları (fotoğraflar) daha sık yüksek sıcaklıklarda.Bu fonlar, elektronların ve deliklerin serbest yolunu azaltır, genellikle güç MOSFET'leri gibi taşıyıcı cihazları için, bu bozulmalara bağlı olarak (R[DDDD) eşitlenir.(R)[Düzücükler (R)[Düzücükler (Dönder)[Düzücükler)[Döneticileri yüksek ısıtılır.

Direnç ve İlişki Variation

Yarı iletken bir bölgenin genel direnci hem mobilite hem de taşıyıcı konsantrasyonunun bir fonksiyonudur. Işıklı olarak yüksek gerilim cihazlarında ortak olan bölgelerden uzaklaşır, çünkü hareketlilikte düşüş, bir MOSFET'nin vücut diyotları gibi ağırlaştırılmış bölgelerden dolayı, bu olumlu sıcaklık katarakt katsayısı, mevcut kitle ve yerel sıcak tasarımdaki ısıtımı teşvik eder.

Yarı iletken Bandgap Narrowing ve Leakage Currents

Bir yarı iletkenin enerji grubu giderek artan sıcaklıkla azalır. Bu darlık meydana gelir çünkü lattice genişlemesi ve artan elektron-fonon etkileşimleri, eşdeğerli taşıyıcı konsantrasyonu (n)

Leakage Current Mechanisms

Güç diyotları ve bipolar kavim transistörleri, ters sızıntı akımı, difüzyon akımı ve nesli tükenme bölgesinde mevcut olan jenerasyon tarafından yönetilir.Her 10 °C sıcaklıkla birlikte yükselir, çünkü n) ile ilgili olarak, yüksek gerilimde veya n|Dönder:3).[Dönder)[Dönderilenler ve yüksek çözünürlükte, özellikle de yüksek ısıya katkıda bulunan yüksek ısıtılabilir.

Breakdown Gerilmeye Girin

Bir p-n kaviminin bozulması, avalanche multiplikasyona göre, sıcaklık bağımlıdır, çünkü SiC gibi serbest dolaşım katlanması anlamına gelir. Silikon cihazların ısıtılması genellikle cihaz tasarımına bağlı olarak sıcaklık % 0.1 oranında artar, bu da güvenli işletim alanının (A) üzerindeki etkisini azaltmak için daha yüksek bir elektrik alanı gerektirdiği anlamına gelir.

Anahtar Güç Cihazları Üzerine Sıcaklık Etkileri

Farklı güç yarı iletken yapıları, sıcaklık varyasyonlarına eşsiz bir şekilde cevap verir. Bu cihazın özel davranışlarını anlamak uygun bileşeni seçmek ve etkili koruma devrelerini tasarlamak için kritiktir.

Power MOSFETs

Güç için MOSFETs, on-resistance (R) [Dönetici: 1), tipik bir işletim aralığında pozitif sıcaklık katsayıları vardır, ki bu da paralel olarak çalışır ve ısıtılır.[Dönetici], geçiş sırasında sıcak noktaları azaltır ve geçiş kapısının tamamını azaltır ve hıza doğrultamaz.

IGBTs

IGBTs, bir MOS girişi bir bipolar çıkışla birleştirir, sıcaklık davranışını daha karmaşık hale getirir. koleksiyoncu-emitter saturation voltaj (V)[sat)) genellikle düşük akım kesintilerde negatif sıcaklık katını ve yüksek akım dağıtımlarında olumlu bir kat gösterir.IGBTsiyon noktası olarak bilinen sıfır sıcaklık katsayısı (ZTC) noktası, paralel IGBT modüllerinde mevcut paylaşımı için daha yavaştır.

Power Diodes

Hızlı kurtarma diyotları ve Schottky diyotları, ileri gerilim damlaları (V[D:0)F) silikon cihazlar için negatif sıcaklık katsayıları vardır, yani V).F) yüksek ısı artışına yol açan bir sıcaklık artışına neden olabilir.[D)[DDDDDDDD)Düzücüler ile dengelenen ısıtılır.

Senristors ve Triacs

Senristors ve triacs sıcaklıkla hassastır. kapı şu anki (I)GT) sıcaklıkla azalır, cihazı daha yüksek sıcaklıklara dönüştürmek için daha kolay hale getirir.Bu, mevcut devreleri tutmak için yanlış bir tetikleyici yol açabilir. [I).H) ayrıca cihazın sıcaklığının azaltılmasına neden olabilir.

Termal Runaway ve Device Reliability

Sıcaklık duyarlı elektrik parametreleri ile birlikte kendi ısı ısıtımı, ısıtımı riskini yaratır, yeterli ısıyı yok edebilir, cihaz en yüksek kavim ısısını aşacaktır.Bir cihaz gücü kırarsa, o zaman ki, o zaman ki, o zaman ki, şu ankileri veya eşik gerilimleri artırabilir, yüksek güç dağılımına yol açabilir ve daha fazla sıcaklık artışına yol açabilir.

Acelerated Aging and Lack Mechanisms

Elevated İşletim sıcaklıkları güç elektroniklerinde birden fazla başarısızlık mekanizması hızlandırıyor. Bir ortak başarısızlık modu, yüksek gerilimli cihazlara yol açan ısı bisikleti ve alüminyum teller arasındaki diferansiyel genişlemeye yol açan bir diğeri sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ısı direnci ve kötüleştirici tabakalar için ısı geçişi azaltıyor. Örneğin, sıcaklık stresi 125 °C faktöründen fazla ısınıyor.

Junction Sıcaklık Ölçümü ve İzleme

Kesir sıcaklığının doğru kararlılığı güvenilirlik değerlendirme için gereklidir. Doğrudan ölçüm, gömülü termo çiftleri ile yapılan ölçüm, üretim cihazlarında pratik değildir, bu TSEP'lerin gerçek zamanlı izlemesi, kontrollerin geçiş frekansı veya mevcut limitin yüksek oranda azalırken, bu tür aktif termal yönetimde yüksek oranda uzatılabilir.

Termal Yönetim Stratejileri

Etkili termal yönetim, cihaz performansını ve güvenilirliğini korumak için birincil araçtır. Hedef, kavim-to-ambient termal direnişi en iyi şekilde tutmak ve genellikle silikon ve 175 °C-200 °C için silikon ve 175 °C-200 °C için yüksek çözünürlükte ısıyı tutmaktır.

Pasif Soğutma Teknikleri

Heat lavabolar en yaygın pasif soğutma elementidir. Onların etkinliği, ısı pompası, faz değiştirme malzemeleri veya boşluk pedleri gibi, ısı lavaboları arasındaki temas direnci azaltmak için kullanılır.TIM'nin seçimi ısı pompası ile ısı geçişi için ısı geçişi gerekir.

Aktif Soğutma Sistemleri

Yüksek güç uygulamaları için, fanlar veya darbe kullanan hava soğutması, ısıtıcıları ile karşılaştırıldığında üstün ısı transferini sağlar.Sürücü soğutma sistemleri, soğuk plakalar ve immersion soğutma dahil, düşük yük koşullarında tam soğutma sağlarken, yüksek çözünürlükte sıvı soğutma sağlar.

Gelişmiş malzemeler ve Ambalaj

Yarı iletken paketin kendisi termal yönetimde kritik bir rol oynar. Bakır klibi ve gümüş sintering, düşük elektrik ve termal direnç için geleneksel alüminyum tel bağlarını değiştirir. Doğrudan parmaklıklar bakırdan yapılmış olan alt cihazlar (DBC) alüminyum nitride veya silikon nitride yüksek termal iletkenliği ve eşleştirme katlarını stres azaltmak için sunar.

Sistem Tasarımı için Implikasyonlar

Geniş sıcaklık varyasyonlarını tolere eden güç elektronik sistemleri tasarlayın, 85 °C ortamındaki en sonlu element analizi veya hesaplama sıvı dinamiklerini kullanarak, üreticiler tarafından sağlanan kılavuzları hesaplamak, örneğin, 85 °C ortamındaki en yüksek çözünürlükte bir IGBT çalıştırmanız, termal bisiklet yorgunluğundan kaçınmak için termal simülasyonlar yapabilmelidir.

Deing ve Güvenlik Margins

Deing, mutlak maksimum puanın altında bir cihaz işletmesini içerir ve puanın %75'ini oluşturan değerin altında tutar.Bu marjlar, üretim toleransları, sıcaklık etkileri ve yaşlanma için daha fazla.

Simülasyon ve Modelleme

Termal-elektrikli ko-simülasyon araçları, tasarımcıların elektrik kayıpları ve termal yanıt arasındaki etkileşimi doğru bir şekilde tahmin etmelerine izin verir.Seks/tr|s D 0}(on)[Döneticileri kullanarak, V) ve ısı geçişi sırasındaki bağlantıları doğru bir şekilde tespit edebilir.[Döneticileri ve maliyetlerin arttırılması[D)[Dönemli parametrelerin dinamik analizlerini ve hataların dinamik analizini sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıcaklık varyasyonları, elektriksel elektronik cihazların özelliklerini derinden etkiler, iletkenlik, sızıntı akımlarını, arıza gerilimlerini, geçiş hızını ve uzun vadeli güvenilirliklerini etkiler. taşıyıcı hareketliliğinden kaynaklanan değişikliklerden, IGBT'lerde eşleme ve hızlanan tüm yarı iletkenleri, ısıtımı ve sertleştirici ortamların uygulanması için, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte otomatik olarak kontrol edilir.