Вступ до престолів у критичних системах

Тиристори є важливими напівпровідниковими вимикачами, які вправляють високі напруги і струми в електромережі. Їх надійність безпосередньо впливає на безпеку і функціональність критичних систем - з аерокосмічних перетворювачів і медичних дефібриляторів до високовольтних прямих струмів (HVDC) ліній передачі. Єдина збій сприту в супутниковому автобусі або сітку-вхідному інверторі може каскад в катастрофічні втрати системи. Інженери повинні розуміти фізики відмов цих пристроїв для проектування міцних, небезпечних архітектури. Ця стаття забезпечує поглиблений аналіз чинників надійності тиристів, поширених режимів збій і практичних стратегій, зниження рівнянь, дослідження сучасних стандартів і зниження рівнянь, зниження рівнянь.

Основи роботи Thyristor

У порівнянні з тими, що вони не мають жодних змін, які можуть бути використані для використання в різних форматах, які містяться в їх складі. Вони мають можливість використовувати різні типи, які мають відношення до деяких пристроїв, які мають відношення до їх використання.

Фактори надійності

Надійність таристора в критичних додатках залежить від ланцюжка взаємопов’язаних факторів, кожен з яких повинен бути керований при проектуванні, підбірі та експлуатації.

Процеси якості та виготовлення матеріалів

Надійність гіртора починається з якості вафель. Визначає такі як розвантаження, укладки несправностей, або металеві домішки можуть створювати локалізовані гарячі плями або передчасні розбиття. Сучасні тиристори використовують нейтронний переривчастий допінг (NTD) для досягнення рівномірної резидності в високовольтних пристроях. Вмирає прикріплюємо і зв'язує цілісність дроту також: порожнечі в паяльних суглобах підвищують термостійкість, прискорюючи невдачу. Виробники люблять і ABB використовують суворий контроль процесу і 100% скринінг, щоб ми видали моральність немовлят.

Термічне управління

Температура відключення (Tj) є одним найбільш впливовим параметром, що впливає на життя тиристора. Кожен 10–15 °C піднімається над номінальною Тj] вирізати життя приблизно навпіл. У критичних системах дизайнери повинні враховуватися для втрат стійкого струму, перемикання втрат, і перехідних перевантаження. Витрата тепла, примусове охолодження повітря, або рідке охолодження є обов'язковим. .

Електроінструменти

Перенапруги перехідних (напругаючі прокладки з індуктивного kickback або блискавки) можуть перевищити повторювану пікову напругу тиристора (VRRM) і викликати авальанш розбиття. Аналогічно, високий ді / дт при повороті може створити локалізовані струму переповнення і гарячі плями, зменшуючи безпечну робочу зону (SOA). Неоптиливний струм / напружений стрес може викликати розчутливий поворот, якщо він перевищує критичний рейтинг dv / dt. Схеми захисту повинні затискати як напругу, так і струмові частоти рос.

Застосування Duty цикл і профілю навантаження

У аерокосмічній або медичній системі тиристори часто працюють в малої вантажопідйомності, високоточних режимах. Імпульсні джерела живлення вимагають ретельного узгодження швидкості пристрою (ITSM) і I2t рейтинг. Повторні струми частот можуть викликати зв'язування дроту або локальне розплавлення.

Загальні режими в'язання гірісторів

Збійи гірістора можуть бути широко класифіковані як електрична, теплова, або механічна. Нижче наведені найбільш поширені режими збою, що зустрічаються в критичних системах.

Термічна ходова

Термопробіг відбувається при внутрішньому струмі витоку (по-перше з зворотного розблокування) збільшує доцільність з температурою. Як пристрій нагріває, витікає витікає, генеруючи більше тепла до температури з'єднання перевищує внутрішньоінтризічний ліміт кремнію (середній 200–250 °C). При цьому пристрій стає неконтрольованим і може коротким контуром або розплавом. Мітигація вимагає низьких відключенькових конструкцій, міцного тепловідведення і активного моніторингу температури в системах високої надійності.

Шлюзовий трюгер Failure

Бахрейн-катодний вузол може деградувати через електростатичні розряди (ESD), повторювані ворота перебігу, або агресивне забруднення. Симптоми включають збільшення струма (IGT) або повну нездатність для запуску. У критичних системах, схеми драйверів повинні обмежити струм і напругу, а тиристор повинен бути обраний з гарантованим мінімальним запасом чутливості воріт над діапазоном температури програми.

Аваланш Відхилення

При напрузі перевищує відбиття напруги (VBR), зворотно-об'єктивний з'єднання надходить неконтрольований авальанче багатозастосування. У той час як сучасні тиристори можуть вижити обмежену енергію авальни, повторні події викликають примулятивну шкоду при розірванні краю, що призводить до передчасної збою. У додатках HVDC, рядові стеки тиристорів повинні бути опосередковано напругою, використовуючи хаббери і статичні рівнізовані резистори.

Електроміграція та металізація ефекти

На високих струмових сховищах (типово вище 105] A/cm2]] в алюмінієвій металізації), електрон вітрові сили розміщують металеві атоми, створюючи порожнечі і гіркоти. Це поступово підвищує стійкість і може призвести до виникнення відкритих ланцюгів. Електроміграція - це зносний механізм прискорюється за температури. Товсту мідь металізації і правильне струм дерейтинг пом'якшує цей ризик.

dv/dt і di/dt Недолік

Надмірний dv/dt по пристрою може заряджати консистенційну ємність досить, щоб запустити помилковий поворот (навіть з нульовим сигналом воріт), потенційно викликати пагон в мостових схемах. Типовийфікс є доповненням фрезового затиску або мережі хаббер. Зовні, дуже високий ді/дт при поворотних силах провідник повільно розподіляти з області воріт, створюючи локалізоване перегрів. Якщо ді/дт перевищує номінальний ліміт, пристрій може не зникнути місцевим плавленням біля воріт. Це особливо критично в швидко-свербіжних ГТО і ІГКТ.

Космічні радіаційні ефекти

У аерокосмічних і високочастотних сітчастих застосувань, атмосферні нейтрони з косморозвідувальних променів можуть викликати однопрохідний вигорання (SEB) або однопрохідних воріт розрив (SEGR). Це раптово, деструктивні збої, які відбуваються на напругах добре нижче статичного рейтингу. Виробники тепер забезпечують , космічний промінь витримувати рейтинги] для високовольтних тиристорів, а системні дизайнери повинні дератувати напругу на основі висоти або використовувати радіаційно-тверді частини.

Стратегії міграції

Будівельні надійні системи на основі тиристора вимагають поєднання ретельної вибору пристрою, захисту контурів, термообробки та моніторингу здоров’я.

Термообробка та демонтаж

Завжди працюють тиристори нижче їх максимальної температури з'єднання. Типові дерейційні інструкції пропонують тримати Tj 25–50 °C нижче абсолютної максимальної для довголіття додатків. Дизайн радіатора повинен враховувати для найгірших абсорбційних умов, а також перехідний тепловий опір слід перевірити за допомогою викривлення виробника. Phase-change термоінтерфейсові матеріали зменшити контактну стійкість і поліпшити термін служби під тепловим велосипедом.

Охорона і захист від перенапруги

Металокисне вареники (MOVs), трансентно-вольтажеві діоди (TVS) та люмні мережі затискач напруги. Для перебігу швидкодіюючі запобіжники з I2t рейтинги, що відповідають можливості перебігу тиристора, захищають від коротко-розрядних подій. Активні схеми затискачів також можуть поглинати перенапругу енергію при зберіганні пристрою в SOA.

Почервоніння і де-рейтинг

У критичних системах, таких як перетворювачі потужності літаків, нижні тиристори часто розміщуються в серії або паралельно з ізольованими діодами. Рядки серії вимагають відбиття напруги резисторів і хаббер; паралельні з'єднання вимагають поточного розподілу через негативні коефіцієнти температури або відповідні пристрої. N+1 надмірність забезпечує, що збій одного тиристора не доведе системи вниз.

Контроль стану та прогнозування

Розширені системи моніторингу на-державному напрузі (VT), витоку воріт, температури з'єднання в режимі реального часу. Збільшення VT] на даній струмі вказується деградація зв'язку або вмирає притискання втоми. Дотримання цих параметрів може бути заплановане перед збою. EEE транзакцій по електромережі]] публікуються численні дослідження на таких прогностичних методах для силових напівпровідників.

Тестування та кваліфікація для критичних систем

Забезпечення надійності для тиристів, які використовуються в аерокосмічному, військовій та медичній застосунках, вимагає великої кваліфікації за стандартами, такими як MIL-PRF-19500 або AEC-Q101. Ключові тести включають:

  • Високотемпературний зворотний бік (HTRB) — 1000 годин при номінальній напрузі і максимальній температури з'єднання до екрана для іонного забруднення.
  • Temperature Cycling (TC) — як правило –55 °C до +150 °C для 500 циклів для перевірки термостійкість.
  • Велоканал (PC) — повторювані імпульси струму / відключення для імітації робочих напружень і оцінки надійності зв’язку дроту.
  • Судити струм тестування — застосування номінального I ТЦМ] імпульсів для перевірки стійкості.

Прискорене тестування життя на вищих рівнях напруги дозволяє екстраполяції в умовах використання через моделі Arrhenius або Coffin-Manson. Texas Instruments’ зауважити застосунок на надійність енергопристрою] забезпечує практичні рекомендації для таких оцінок.

Висновок

Тиристори залишаються фундаментальними компонентами в критичних системах високої потужності, але їх надійність вимагає ретельної уваги до теплових, електричних і екологічних стресів. Розуміння режимів збою —термічної перепади, розпаду воріт, електроміграції, dv / dt або dt індукованих збованої збої, і космічних ефектів випромінювання — активатори можуть розробляти заходи для пом'якшення, такі як належне теплообмочення, захисне змивання, надмірність і моніторинг стану. Кваліфікація тестування за галузевими стандартами забезпечує, що тільки надійні пристрої досягають польового розгортання. Як силові напівпровідники, як кремнію (SiC) підвищення рівня надійності може запропонувати більш високу надійність, що підвищується, що підвищується, що підвищується, що забезпечує більш високу надійність, що забезпечує більш високу надійність, забезпечує більш високу надійність, забезпечує довговічність, забезпечує довговічність, забезпечує довговічність, забезпечує довговічність, забезпечує довговічність, забезпечує більш високу надійність, забезпечує тим самим, забезпечує більш високу надійність, забезпечує більш високу надійність, забезпечує тим самим, тим самим, тим самим забезпечує довговічність, тим самим, тим самим, тим самим забезпечує більш високу надійність, тим самим