Güç malzemeleri ve ısı Hassasiyetinin temelleri

Güç malzemelerinin geçiş noktası, modern elektroniklerde, DC gücünü yüksek verimlilikle bir AC veya DC kaynağından temin etmek, pompalanan malzemelerin yüksek frekanslı bir anahtarlama elemanı (tipik olarak bir MOSFET) ve bir manyetik transformatör, bir ürün dönüştürme işlemi, ısıyı yüksek verimlilikle arttırmak ve ısı artışı artırmak için gerekli olan bir ısıyı oluşturur.

Termal stres, erken başarısızlıkların geçiş güç malzemelerinin önde gelen nedenlerinden biridir. Endüstriyel uygulamalardan gelen alan verileri, ameliyat sıcaklığında 10 °C artışlarının belirli bileşenlerin beklenen yaşam süresini yarıya katlayabildiğini gösteriyor, özellikle elektroliz kapasitörler. Bu hassaslık, iç malzemeler ve kavimler yüksek sıcaklıklardan daha hızlı ortaya çıkıyor ve çünkü hızlı sıcaklık değişiklikleri mekanik sustu.

Sıcaklık Variations Reliability Nasıl Etkiliyor

Sıcaklık varyasyonları, güç malzemelerini birkaç farklı mekanizma aracılığıyla değiştirir. Her mekanizma belirli bileşenleri hedefler ve hem kademeli hem de aniden felaket başarısızlığına yol açabilir.

Elektrolitik Capacitors üzerindeki etkisi

Alüminyum elektroliz kapasitörler, geçiş gücü tedarikinde en hassas bileşenler arasındadır. Elektromanyetik olarak zaman içinde yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş ısıtılır. 85 °C, tipik bir kapasitörin yaklaşık iki katına çıkması, aynı kapasitörin son 10.000 saat veya daha fazla düşmesi gibi.

Low- Sıcaklık operasyonu da çok soğuk sıcaklıklarda kapasitörler de stresler yapıyor, elektrolit vizyumlar artıyor, ESR'yi büyütüp kapasitasyonu azaltmalıdır.Eğer tedarik 40 °C'de başlamalısa, şu anda kapasitöre zarar verebilir.

Power partitions üzerindeki etkisi

MOSFETs ve diyotlar geçiş aşamasında doğrudan bir kavim sıcaklığı ile etkilenmektedir. [DÜDÜ:0]R)[DÜye Olmayanlar İçindekiler, sıcaklık artışı, genellikle ısının% 0,5C'ye kadar artacaktır.

Termal bisiklet - soğuk ve sıcak devletler arasında tekrarlanan geziler - silikon ölü ve paket arasındaki farklar yol açar. binlerce döngü boyunca, bu, satılan ortaklar veya ölü ekinlerin yeniden incelenmesi veya açık bir devreye yol açabilir.

Manyetik Bileşenler Üzerine Etkisi

Transformers ve indüktörler, normal olarak 25 °C'de çalışan manyetik özellikleri sıcaklıkla değiştiğine güveniyor. Yüksek sıcaklıklarda, temel kayıplar (hipsteresis ve eddy current) artış ve rüzgardaki floratasyonun düşmesine neden olan bir transformatöre güveniyor.Düzücü yüksek hat gerilimi ve yüksek sıcaklıkta çalışır, geçiş transistörünün ve potansiyel olarak yok edilmesini engelleyen büyük akım aksaklıkları da azaltır.

Yeniden kullanılabilirlik: Sıcaklık ve Yaşam Zaman Modelleri

Mühendisler, enerji tedarik süresi üzerindeki sıcaklık etkisini tahmin etmek için birkaç ampirik model kullanırlar.En yaygın olanı, [FONTD:0)Arrhenius modeli), bu da bir üstel sıcaklık işlevi olarak başarısızlık oranını ifade eder:

[T) = A × exp (-E[D][/FONT)[0)[0)[0)[0)[0)[0)[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|))

⁇ başarısızlık oranı nerede, A pre-exponential faktör, ESFLT:0)|[DFLT:2|D)[MÜDÜDÜDÜDÜDÜ:3) aktivasyon enerjisi (pücük olarak 0.7-1.0 eV), k Boltzmann'ın sabiti ve T'nin mutlak sıcaklığıdır.

Termal bisiklet nedeniyle mekanik yorgunluk için, [[0)Coffin-Manson denklemi) döngü sıcaklığı aralığına başarısızlık için döngülerin sayısı ile ilgilidir:

[FONT:0]N = C × (345T))[FLT: 4][FLT: 4]

[FONT:0]N)) [Döneticileri başarısız etmek için döngülerin sayısıdır, {{T genellikle 1.5 ve 3 arasında satışçı eklemler için.Bu modeller tasarımcılar alan güvenilirliğini tahmin etmeye ve yeterlilik test gereklilikleri belirlemelerine izin verir.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0)[Dönetici:0)Dönetici:0)Dönetici:[Dönetici:0))))[Dönetici:2|Reliability HotWire: The Arrhenius Model).

Design Strategies for Improv Thermal Reliability

Sıcaklık stresi altında güvenilirlik geliştirmek, çok yönlü bir yaklaşımla kaplı bir bileşen seçimi, devre topoloji, termal yönetim ve mekanik tasarım gerektirir.

Termal Yönetim Teknikleri

Sıcaklık etkilerini azaltmak için en doğrudan yol ısıyı verimli bir şekilde kaldırmaktır. Ortak yöntemler şunları içerir:

  • [FONT:0] Pasif ısısinks[[Dönetici: 1) - Güç bileşenlerine bağlı olarak, yüzey alanını konsolide soğutma için yükselten alüminyum veya bakır ısısinlar. onların etkinliği uygun termal arayüz malzemeleri (TIM) ve hava akışına bağlıdır.
  • [FONT:0]Forced hava soğutması – Fans veya blowers dramatik olarak konvektif ısı transferini geliştirir. Ancak, fan güvenilirliğinin kendisi endişelenir; reddant hayranları veya akıllı hız kontrolü yardımcı olabilir.
  • [FONT:0]Liquid soğutma) - Yüksek güç sanayi ve telecom malzemelerinde kullanılır. Soğuk plakalar serinletici ısıyı birden çok bileşenden çıkarabilir, daha yüksek enerji yoğunluğuna izin verebilir.
  • [FONT:0)Potting and encapsulation[DÜT:1) - Termal olarak iletken epoxies veya silikonlar, sıcak noktaları azaltır ve ısıyı geliştirir.
  • [FONT:0]Heat boruları ve buhar odaları[[DÜT:1) - Çok düşük termal direnişle ısıyı taşıyan iki fazlı cihazlar, uzaktan ısıyı konsantre etmek için faydalı.

Bitirme Seçimi ve Deing

Geniş sıcaklık derecelendirmeleriyle bileşenleri seçmek önemlidir. elektrolitik kapasitörler için, 105 °C veya 125 °C derece düşük olsa bile, ekstra marjın yaşam süresini asla aşamaz. düşük derecelerle MOSFET'leri seçin:0)R).

Endüstri standartlarından (örneğin, IPC-9592, JEDEC JESD74), 85 °C'de 80 V'den fazla bir güvenlik faktörü uygulamanızı önerir.

[FONT=0)Dönderlik bağlantı:[Dönetici:0)[Dönetici:0))[Dönetici: 2) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

Layout ve Mekanik Tahminler

Baslı devre kurulu düzeni önemli ölçüde termal performansı etkiler. Yüksek ısı bileşenlerinin üst kısmında veya büyük bir bakır dökmesi üzerine yerleştirin. İç zemin uçağa ısıyı transfer etmek için termal vias kullanın. Sıcak parçalar kurmaktan kaçının; bunun yerine, yerel sıcaklık artışını azaltmak için dağıtın.

Yüksek kaliteli tasarımlarda, ısı yayıcı olarak ikiye katlanan alüminyum bazlı malzemelerden oluşan termal pedleri kullanmayı düşünün. Ayrıca, doğal konveksiyon hava yollarını izin vermek için muhafazayı tasarlayın - serin hava alımı ve üst ves için üst veserler.

Test ve Geçerlilik Yöntemleri

Gerçek dünya termal testlerini değiştiremez. Anahtar yeterlilik testleri şunları içerir:

  • [FONT:0] ⁇ Bisiklet[DÜT:1) - Yüksek ve düşük sıcaklıklar arasında (örneğin, -40 °C ile +85 °C) 5-1000 döngüsü, satışçı eklem yorgunluk ve encapsulation bütünlüğü değerlendirmek için.
  • [FONT:0) Yüksek sıcaklık işletim hayatı (HTOL)) - maksimum derece yüksek çözünürlükli ortam sıcaklığında (örneğin, ticari için 70 °C, on binlerce saat boyunca tam yük altında, 90 °C endüstriyel) tedarik eden, ölçüm parametrelerini takip eden.
  • [FONT:0] ⁇ görüntüleme[[DÜT:1) - Tüm bileşenlerin belirtilen sıcaklık sınırları içinde kaldığını belirlemek için kızılötesi kameraları kullanarak.
  • [FONT:0) Acelerated life testing (ALT)) -- Yüksek sıcaklıklar ve gerilimleri başarısızlıkları zorlamak için uygulayın, sonra Arrhenius modellerini normal koşullar altında beklenen yaşam süresine kadar kullanmak için kullanın.

[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0)[Dönetici)|Dönetici test standartları hakkında ayrıntılı bir genel bakış için, [[Dönetici:2)IEEE 1624-2008: DC ve AC Power Supply Reliability).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıcaklık varyasyonları, güç tedarik güvenilirliğini değiştirmek için en büyük tehditlerden biri olarak kalır. Hızlandırılmış dan ısıtılır ve sert ortamlarda ameliyattan uzun yıllar boyunca tutarlı performans sağlayan güç malzemeleri oluşturabilir.Influence fiziksel mekanizmaları anlamak için - ve doğru soğutma, bileşen deating, and detailed testing - mühendisler sert ortamlarda operasyondan uzun yıllar boyunca tutarlı performans sağlayan güç malzemeleri inşa edebilir.

İleriye bakıldığında, geniş bantgap yarı iletkenlerinin benimsenmesi ( ⁇ ve galium nitride) daha yüksek işletim sıcaklıklarını ve daha düşük kayıpları vaat ediyor, bu da burada açıklanan termal zorlukların çoğunu azaltabilecek gelişmiş dijital kontrol ile birlikte, sıcaklık ve görev döngüsü yönetebilecek, bir sonraki nesil güç malzemeleri her zamankinden daha dirençli olacaktır.