Kā aizsargāt diodes augstas temperatūras un augsta mitruma enerģijas iekārtās?

一, Materiālu izvēle: piemērots ierīcēm, kas ir izturīgas pret mitrumu, karstumu un augstu temperatūru
1. Iepakojuma materiālu optimizācija
Augstas temperatūras un augsta mitruma vidē tradicionālie epoksīdsveķu iepakojumi ir pakļauti atslāņošanās vai popkorna efektam ūdens tvaiku infiltrācijas dēļ. Rūpnieciskās diodes ir iepakotas silikonā vai keramikā, kas var ievērojami uzlabot to izturību pret mitrumu un karstumu. Piemēram, noteiktā fotoelektriskā invertora projektā tika atlasītas keramikas iekapsulētas Schottky diodes. Pēc nepārtrauktas darbības 1000 stundas dubultā 85 testā (85 grādi /85% RH) iepakojuma iekšpusē nebija atslāņošanās parādības, savukārt parastās epoksīdsveķu iekapsulētās ierīces eksplodēja pēc 500 stundām.

2. Mikroshēmas procesa jaunināšana
Augstas{0}}temperatūras vidēm jāizvēlas mikroshēmas ar zemu noplūdes strāvas raksturlielumiem. Piemēram, izmantojot silīcija karbīda (SiC) diodes, var ievērojami samazināt reversās noplūdes strāvu augstās temperatūrās. Konkrēta jūras vēja enerģijas pārveidotāja projekta salīdzinošā pārbaude liecina, ka pie 125 grādu savienojuma temperatūras SiC diožu reversā noplūdes strāva ir samazināta par 80%, salīdzinot ar diodēm, kuru pamatā ir silīcija{5}}, un sistēmas efektivitāte tiek uzlabota par 2,3%.

3. Derating dizaina principi
Augstas{0}}temperatūras scenārijos diodes ir jānovērtē atbilstoši to faktiskajai darba temperatūrai. Piemēram, ja ierīces nominālais reversais spriegums ir 60 V, lai saglabātu drošības rezervi, ieteicams izvēlēties 100 V vai augstāku izturības sprieguma līmeni pie 85 grādiem. Noteikts enerģijas uzkrāšanas sistēmas projekts samazināja ierīces atteices līmeni no 5% līdz 0,3%, palielinot diodes izturības sprieguma līmeni no 60 V līdz 100 V.

2, Strukturālā projektēšana: termiskā vadība un izolācijas aizsardzība
1. Nostipriniet siltuma izkliedes struktūru
Vara folijas izplešanās: PCB izkārtojumā vara folijas laukuma palielināšana uzlabo siltuma vadītspēju. Noteikts fotoelementu kontroliera projekts paplašināja vara folijas laukumu zem diodes no 10 mm² līdz 50 mm², samazinot savienojuma temperatūru par 15 grādiem.
Integrēta siltuma izlietne: Augstas siltuma izkliedes efektivitātes paketes, piemēram, DFN un TO-220, tiek izmantotas kopā ar siltuma izlietnēm. Piemēram, noteiktā rūpnieciskā UPS projektā tiek izmantotas TO-220 iepakotas diodes un uzstādītas alumīnija dzesētājas, lai kontrolētu savienojuma temperatūru 120 grādu robežās pilnas slodzes darbības laikā.
Termiskās paliktņa pielietojums: Termiskās smērvielas vai termiskās spilventiņas iepildīšana starp diodi un siltuma izlietni var samazināt kontakta termisko pretestību. Testi ir parādījuši, ka, izmantojot 0,5 mm biezu silikona termisko spilventiņu, termisko pretestību var samazināt no 2 grādiem /W līdz 0,8 grādiem /W.
2. Elektriskās izolācijas projektēšana
Strāvas koplietošanas rezistoru paralēlais savienojums: ja paralēli ir pievienotas vairākas diodes, katrai diodei virknē jāpievieno zemas pretestības strāvas dalīšanas rezistors (piemēram, 0,1 Ω), lai izvairītos no nevienmērīga strāvas sadalījuma tiešā sprieguma krituma atšķirību dēļ. Noteikts enerģijas uzkrāšanas akumulatora balansēšanas ķēdes projekts ir samazinājis paralēlo diožu strāvas novirzi no 30% līdz 5% ar šo dizainu.
Reversās aizsardzības diode: paralēli savienojot reversās diodes abos galvenās diodes galos, var novērst galvenās diodes sabojāšanos, ja apgrieztais spriegums ir pārāk augsts. Piemēram, noteiktā elektriskā transportlīdzekļa uzlādes moduļa projektā tiek izmantota šī shēma, kas saīsina reversās pārsprieguma aizsardzības reakcijas laiku līdz 10 ns.
3, Vides kontrole: mikrovides izolācija un ventilācijas optimizācija
1. Aizsardzības līmeņa paaugstināšana
IP aizsardzības standarts: izvēlieties aprīkojumu ar IP65 (putekļu necaurlaidīgs un ūdensizturīgs) vai IP67 (ūdensizturīgs) vērtējumu, pamatojoties uz vides mitrumu. Atsevišķā piekrastes urbšanas platformas projektā tiek izmantoti IP67 aizsargdiožu moduļi, kuri pēc nepārtrauktas darbības sāls smidzināšanas vidē 3 gadus nav piedzīvojuši koroziju.
Vadības skapja integrācija: novietojiet diodes moduli noslēgtā vadības skapī un uzstādiet gaisa kondicionētāju vai siltummaiņus, lai regulētu temperatūru un mitrumu. Piemēram, UPS projektā datu centrā tiek izmantots vadības skapis, lai uzturētu iekšējo temperatūru zem 40 grādiem un mitrumu 50% RH robežās, tādējādi pagarinot diožu kalpošanas laiku par 40%.
2. Ventilācijas sistēmas optimizācija
Piespiedu gaisa dzesēšanas dizains: jaudīgajos lietojumos ventilatorus izmanto piespiedu ventilācijai. Noteikts fotoelementu invertora projekts optimizēja gaisa vadu dizainu, lai palielinātu gaisa plūsmas ātrumu ap diodi līdz 3 m/s un samazinātu savienojuma temperatūru par 20 grādiem.
Dabiskās konvekcijas uzlabošana: zemas{0}}jaudas scenārijos siltuma izlietnes ribu atstatuma vai slīpuma leņķa palielināšana var uzlabot dabiskās konvekcijas efektivitāti. Testi ir parādījuši, ka attāluma palielināšana starp spurām no 2 mm līdz 5 mm uzlabo siltuma izkliedes efektivitāti par 15%.
4, uzraudzība un aizsardzība: reāllaika atsauksmes un aktīva iejaukšanās
1. Temperatūras uzraudzības sistēma
Termistora integrācija: uzstādiet NTC termistoru diodes tuvumā, lai pārraudzītu savienojuma temperatūru reāllaikā. Noteikts enerģijas uzkrāšanas akumulatora pārvaldības sistēmas projekts, izmantojot šo shēmu, automātiski iedarbina strāvas ierobežošanas aizsardzību, kad savienojuma temperatūra pārsniedz 125 grādus, lai izvairītos no termiskās pārtraukšanas.
Infrasarkanās temperatūras mērīšanas tehnoloģija: izmantojot infrasarkanos sensorus, lai bezkontakta kontrolētu diožu virsmas temperatūru. Piemēram, vēja enerģijas invertora projekts nodrošina precīzu krustojuma temperatūras kļūdu ± 2 grādu kontroli, izmantojot infrasarkanās temperatūras mērījumus.
2. Pārslodzes aizsardzības mehānisms
Pārejas sprieguma slāpētājs (TVS): TVS diode ir pievienota paralēli pie diodes ieejas, lai apspiestu zibens spērienus vai pārslēgtu pārspriegumu. Noteikts fotoelektrisko bloku projekts ir uzlabojis tā pārsprieguma noturības spēju no 1kV līdz 6kV, izmantojot šo dizainu.
Programmatūras strāvas ierobežošanas algoritms: ciparu vadības sistēmās diodes strāva tiek dinamiski pielāgota, izmantojot algoritmus. Piemēram, noteiktā elektriskā transportlīdzekļa uzlādes stacijas projektā tiek izmantota PID strāvas ierobežošanas kontrole, lai saīsinātu pārslodzes reakcijas laiku līdz 50 ms.
5. Gadījuma izpēte: Jūras vēja enerģijas pārveidotāju aizsardzības prakse
Noteikts jūras vēja enerģijas projekts atrodas subtropu ūdeņos ar 45 grādu apkārtējās vides temperatūru un 90% RH mitrumu. Sākotnējā dizainā tika izmantotas parastās silīcija-diodes, un atteices līmenis pēc viena gada darbības bija pat 12%. Uzlabošanas plānā ietilpst:

Ierīces jauninājums: aizstāts ar SiC diodi, temperatūras pretestības līmenis paaugstināts līdz 175 grādiem;
Siltuma izkliedes uzlabošana: pieņemot DFN iepakojumu un uzstādot vara siltuma izlietnes, savienojuma temperatūra tiek samazināta no 150 grādiem līdz 110 grādiem;
Vides izolācija: novietojiet diodes moduli IP67 aizsargātā vadības skapī un uzstādiet sausināšanas ierīci;
Uzraudzība un aizsardzība: Integrēts termistors un TVS diode, lai panāktu temperatūras un sprieguma dubulto aizsardzību.
Pēc uzlabošanas sistēma ir nepārtraukti darbojusies 3 gadus bez diodes kļūmēm, par 8% pieaugot ikgadējai elektroenerģijas ražošanai un par 60% samazinot uzturēšanas izmaksas.