X'inhuma l-istandards tad-disinn termali għad-dijodi fis-sistemi ta 'konverżjoni tal-enerġija elettrika?

一, Fundamenti tad-Disinn Termali: Parametri Ewlenin u Mekkaniżmi ta' Ħsara
Definizzjoni tal-Parametri Termali Core
Temperatura tal-junction (Tvj): It-temperatura medja ta 'junction PN, li hija indikatur ċentrali għall-kejl tal-istat termali ta' apparat. Skont l-"SJ/T 2216-2015 Technical Specification for Silicon Photodiodes", it-temperatura tal-junction massima permissibbli għal dajowds ibbażati fuq is-silikon hija ġeneralment 125-150 grad , u għal dajowds tal-karbur tas-silikon (SiC) tista 'tilħaq 175 grad .
Reżistenza termali (Rth): parametru li jiddeskrivi l-effiċjenza tat-trasferiment tas-sħana, maqsum f'reżistenza termali fi stat fiss-(RthJC, RthCH, RthHA) u reżistenza termali temporanja (ZthJC, ZthCA). Pereżempju, ir-RthJC tal-modulu IGBT Infineon FF400R12KE3G huwa 0.15K/W, li jindika li għal kull żieda ta 'grad 1 fit-temperatura tal-junction, jeħtieġ li tinħela 6.67W ta' enerġija.
Il-modi ewlenin ta 'falliment termali tad-dijodi jinkludu:
Tkissir termali: It-temperatura tal-junction taqbeż il-limitu tal-materjal, u tikkawża ħsara permanenti lill-junction PN.
Għeja termali: Ċikli termali ripetuti jistgħu jikkawżaw qsim tas-saff tal-istann, bħal xquq tal-għeja f'interfaces tal-iwweldjar ewtektiku f'temperaturi li jvarjaw minn -40 grad sa 125 grad.
Drift tal-parametru: Temperatura għolja tikkawża żieda fil-waqgħa tal-vultaġġ tal-konduzzjoni (Vf) u ħlas ta 'rkupru invers (Qrr), pereżempju, il-Vf tad-dijodi Schottky jiżdied b'20% f'150 grad meta mqabbel ma' 25 grad.
2, Proċess ta 'disinn sħun: -kontroll tal-linja magħluqa mill-għażla għall-verifika
1. Kriterji tal-għażla tal-apparat
Għażla tal-materjal:
Silikon (Si): Adattat għal vultaġġ medju u baxx (<600V), medium frequency (<100kHz) scenarios, with low cost but high thermal resistance.
Silicon carbide (SiC): With a withstand voltage of over 1200V and a 70% reduction in switching losses, it is suitable for high-frequency (>100kHz) and high-temperature (>150 grad) ambjenti. Pereżempju, id-dijodu SiC Schottky tas-serje C3D itejjeb l-effiċjenza b'4% f'konverżjoni ta '48V/12V DC-DC.
Nitrur tal-gallju (GaN): Il-frekwenza tal-iswiċċjar tista 'tilħaq il-livell ta' MHz, iżda teħtieġ ċirkwit ta 'sewwieq li jaqbel u għandha spiża għolja.
Forma tal-ippakkjar:
Imballaġġ tal-immuntar tal-wiċċ (SMD): bħal dajowd SM4007 SMD, iż-żona tad-dissipazzjoni tas-sħana hija tliet darbiet akbar mill-ippakkjar DO-41, li jagħmilha adattata għal tqassim dens.
Ippakkjar modulari: bħal moduli PowerBLOCK, li jintegraw ċipep multipli u sottostrati ta 'dissipazzjoni tas-sħana, inaqqsu RthJC b'50%.
2. Disinn tal-PCB u disinn tad-dissipazzjoni tas-sħana
Disinn tal-fojl tar-ram:
Iċ-ċirkwit tal-qawwa prinċipali jadotta fojl tar-ram ta 'żona kbira-, u vias termali b'ħafna-saff (Ø 0.3-0.5mm, pitch 1mm) huma rranġati taħt il-pads tal-istann biex titnaqqas ir-reżistenza termali.
Eżempju: F'konvertitur DC -DC 12kW, it-temperatura tal-kuxxinett tad-dijodu tnaqqset minn 105 grad għal 78 grad billi żiedet id-densità tal-vias termali.
Iżolament termali u żona indipendenti:
Żomm distanza ta 'Ikbar minn jew ugwali għal 3mm minn komponenti sensittivi għat-temperatura (bħal ċipep ta' kontroll), u jekk meħtieġ, slot għall-insulazzjoni.
Evita d-disinn tal-konġestjoni tal-għonq dejjaq biex tiżgura t-tixrid tas-sħana uniformi.
3. Għażla ta 'skema ta' dissipazzjoni tas-sħana
Effett tipiku ta 'tnaqqis tar-reżistenza termali u l-livell tal-ispiża tal-metodu ta' dissipazzjoni tas-sħana xenarji applikabbli
Konvezzjoni naturali qawwa baxxa (<100W) 20-50% low
Qawwa medja tat-tkessiħ bl-arja sfurzata (100W-5kW) 50-70%
Water cooled high-power (>5kW) 70-90% għoli
Hotspots lokali (bħal MOSFETs / dajowds) ta 'pajpijiet tas-sħana / pjanċi ta' ekwalizzazzjoni tat-temperatura huma 60-80% medju għoli
Każ: Ċertu stazzjon tal-iċċarġjar tal-vettura elettrika jadotta pjanċa mkessħa bl-ilma + skema ta 'grass tas-silikon konduttivi termali, li tnaqqas it-temperatura tal-junction tad-dijodi SiC minn 140 grad għal 95 grad u żżid id-densità tal-qawwa għal 5kW/L.
3, Simulazzjoni termali u verifika tal-ittestjar: Kwantifikazzjoni tar-riskji tal-kontroll
1. Simulazzjoni kollaborattiva elettrika termali
Għodod: SPICE (kalkolu tat-telf)+FloTHERM/CEPAK (simulazzjoni termali).
proċess teknoloġiku:
Daħħal il-forma tal-mewġ tax-xogħol (I2F (rms), I2F (medja), valur massimu V_R, fs).
Oħroġ Vf (@ ​​IF, Tj) u Qrr (@ dI/dt, V_R) mill-manwal tad-dejta.
Issimula d-distribuzzjoni tat-temperatura tal-junction, ottimizza t-tqassim u l-iskema tad-dissipazzjoni tas-sħana.
Riżultat: Ċertu inverter fotovoltajku naqqas l-iżball tat-tbassir tat-temperatura tal-junction tad-dijodu minn ± 15-il grad sa ± 3 grad permezz ta 'simulazzjoni.
2. Metodi ta 'ttestjar attwali
Test taż-żieda fit-temperatura:
Uża thermocouple qrib il-qiegħ tal-kuxxinett tal-istann u infrared thermal imager biex tassisti biex issib il-hot spot.
Żid it-tagħbija biex tiżdied il-qawwa u rrekordja l-kurva tal-bidla fit-temperatura tal-junction.
Tixjiħ f'temperatura għolja:
Mexxi b'tagħbija sħiħa għal 1000 siegħa f'temperatura ambjentali ta' 85 grad, u mmonitorja l-Vf drift (għandu jkun<5%).
Test taċ-ċiklu termali:
-Iċ-ċiklu tat-temperatura minn 40 grad sa 125 grad għal 1000 darba u ċċekkja l-integrità tas-saff tal-istann u l-ippakkjar.
4, Każijiet ta 'applikazzjoni ta' l-industrija u konformità standard
1. Xenarji ta' applikazzjoni tipiċi
Stazzjon tal-iċċarġjar tal-vetturi elettriċi:
L-adozzjoni tal-modulu tad-dijodu SiC MOSFET + SiC Schottky, dissipazzjoni tas-sħana mkessħa bl-ilma -, li tissodisfa r-rekwiżit tat-temperatura tal-junction Inqas minn jew ugwali għal 125 grad fl-istandard IEC 61851-1.
Inverter industrijali:
Bl-użu tal-modulu FF400R12KE3G IGBT, imqabbad ma 'sink tas-sħana tal-pinen forma ta' labra, għadda test ta 'żieda fit-temperatura standard UL 840.
Provvista ta' enerġija taċ-ċentru tad-dejta:
The 48V/12V DC-DC converter adopts GaN devices and temperature equalization plates, meeting the DOE 2025 energy efficiency standard (peak efficiency>96%).
2. Konformità ma 'standards internazzjonali
IEC 60747-1: jispeċifika t-temperatura massima tal-junction u l-firxa tat-temperatura tal-ħażna tad-dijodi (Tstg=150 grad , limitu ta '672 siegħa).
JEDEC JESD51: Iddefinixxi metodi ta' ttestjar tar-reżistenza termali, inkluż ittestjar fi stat fiss-(JESD51-1) u temporanju (JESD51-14).
AEC-Q101: Dajowds tal-grad tal-karozzi għandhom jgħaddu minn ittestjar taċ-ċikli tat-temperatura minn -40 grad C sa 150 grad C biex jiżguraw affidabbiltà ta '10 snin.