Kuidas kaitsta dioode kõrge temperatuuri ja niiskusega energiaseadmetes?

一, Materjali valik: sobib seadmetele, mis on vastupidavad niiskusele, kuumusele ja kõrgetele temperatuuridele
1. Pakendimaterjalide optimeerimine
Kõrge temperatuuri ja kõrge niiskusega keskkondades on traditsioonilised epoksüvaigupakendid veeauru imbumise tõttu altid delaminatsioonile või popkorni efektile. Tööstusliku kvaliteediga dioodid on pakendatud silikooni või keraamikasse, mis võib oluliselt parandada nende vastupidavust niiskusele ja kuumusele. Näiteks valiti teatud fotogalvaanilise inverteri projekti raames välja keraamilised kapseldatud Schottky dioodid. Pärast 1000-tunnist pidevat töötamist topelt-85 katses (85 kraadi / 85% suhteline niiskus) ei ilmnenud pakendi sees delaminatsiooni, samas kui tavalised epoksüvaiguga kapseldatud seadmed plahvatasid 500 tunni pärast.

2. Kiibi protsessi uuendamine
Kõrge temperatuuriga{0}}keskkondade jaoks tuleks valida madala lekkevoolu omadustega kiibid. Näiteks ränikarbiidi (SiC) dioodide kasutamine võib kõrgetel temperatuuridel märkimisväärselt vähendada vastupidist lekkevoolu. Teatud avamere tuuleenergia muunduri projekti võrdlev testimine näitab, et 125-kraadise ristmikutemperatuuri korral väheneb SiC dioodide vastupidine lekkevool 80% võrreldes räni{5}}põhiste dioodidega ja süsteemi efektiivsus paraneb 2,3%.

3. Disaini vähendamise põhimõtted
Kõrge{0}}temperatuuri korral tuleb dioode hinnata nende tegeliku töötemperatuuri järgi. Näiteks kui seadme nimipöördpinge on 60 V, on ohutusvaru säilitamiseks soovitatav valida 85 kraadi juures 100 V või kõrgem vastupidavuspinge. Teatud energiasalvestussüsteemi projekt vähendas seadme rikkemäära 5%-lt 0,3%-le, tõstes dioodide vastupidavuse pingetaset 60V-lt 100V-ni.

2, Struktuuriprojekteerimine: soojusjuhtimine ja isolatsioonikaitse
1. Tugevdage soojuse hajumise struktuuri
Vaskfooliumi paisumine: PCB paigutuse korral suurendab vaskfooliumi pindala suurendamine soojusjuhtivust. Teatud fotogalvaanilise kontrolleri projekt laiendas dioodi all olevat vaskfooliumi pindala 10 mm²-lt 50 mm²-le, vähendades ristmiku temperatuuri 15 kraadi võrra.
Integreeritud jahutusradiaator: koos jahutusradiaatoritega kasutatakse kõrge soojuseraldusvõimega pakette, nagu DFN ja TO-220. Näiteks teatud tööstusliku UPS-i projekt kasutab TO-220 pakitud dioode ja paigaldab alumiiniumist jahutusradiaatorid, et reguleerida ristmiku temperatuuri täiskoormusel töötamise ajal 120 kraadi piires.
Termopadja kasutamine: termomäärde või termopadja täitmine dioodi ja jahutusradiaatori vahele võib vähendada kontaktsoojustakistust. Katsed on näidanud, et 0,5 mm paksuse silikoonist termopadja kasutamine võib vähendada soojustakistust 2 kraadilt /W kuni 0,8 kraadini /W.
2. Elektriisolatsiooni disain
Voolu jagamise takistite paralleelühendus: kui paralleelselt on ühendatud mitu dioodi, tuleks iga dioodiga jadamisi ühendada väikese takistusega voolu jagamise takisti (näiteks 0,1 Ω), et vältida voolu ebaühtlast jaotumist päripinge languse erinevustest. Teatud energiasalvestise aku tasakaalustusahela projekt on selle konstruktsiooni kaudu vähendanud paralleelsete dioodide vooluhälvet 30%-lt 5%-ni.
Pöördkaitsediood: Pöörddioodide paralleelne ühendamine peadioodi mõlemas otsas võib takistada põhidioodi purunemist, kui vastupidine pinge on liiga kõrge. Näiteks teatud elektrisõidukite laadimismooduli projekt võtab selle skeemi kasutusele, mis lühendab vastupidise liigpingekaitse reaktsiooniaega 10 ns-ni.
3, Keskkonnakontroll: mikrokeskkonna isoleerimine ja ventilatsiooni optimeerimine
1. Kaitsetaseme tõstmine
IP-kaitsestandard: valige keskkonna niiskuse põhjal IP65 (tolmu- ja veekindel) või IP67 (veekindel) seadmed. Teatud avamere puurimisplatvormi projektis kasutatakse IP67 kaitsedioodmooduleid, mis ei ole pärast 3-aastast pidevat soolapihustuskeskkonnas töötamist korrosiooni tekitanud.
Juhtkapi integreerimine: asetage dioodimoodul suletud juhtkappi ja paigaldage kliimaseade või soojusvahetid temperatuuri ja niiskuse reguleerimiseks. Näiteks UPS-i projekt andmekeskuses kasutab juhtkappi, et hoida sisetemperatuuri alla 40 kraadi ja õhuniiskust 50% suhtelise õhuniiskuse piires, pikendades sellega dioodide eluiga 40%.
2. Ventilatsioonisüsteemi optimeerimine
Sundõhujahutuskonstruktsioon: energiamahukates rakendustes kasutatakse sundventilatsiooniks ventilaatoreid. Teatud fotogalvaanilise inverteri projekt optimeeris õhukanali konstruktsiooni, et suurendada õhuvoolu kiirust dioodi ümber 3 m/s ja vähendada ristmiku temperatuuri 20 kraadi võrra.
Loomuliku konvektsiooni täiustamine: väikese{0}}võimsusega stsenaariumide korral võib jahutusradiaatori ribide vahekauguse või kaldenurga suurendamine parandada loomuliku konvektsiooni tõhusust. Katsed on näidanud, et ribide vahekauguse suurendamine 2 mm-lt 5 mm-ni parandab soojuse hajumise efektiivsust 15%.
4, jälgimine ja kaitse: reaalajas tagasiside ja aktiivne sekkumine
1. Temperatuuri jälgimise süsteem
Termistori integreerimine: paigaldage dioodi lähedusse NTC-termistor, et jälgida ristmiku temperatuuri reaalajas-. Teatud energiasalvestusaku juhtimissüsteemi projekt käivitab selle skeemi kaudu automaatselt voolu piirava kaitse, kui ristmiku temperatuur ületab 125 kraadi, et vältida termilist äravoolu.
Infrapuna temperatuuri mõõtmise tehnoloogia: infrapunaandurite kasutamine kontaktivabaks{0}}dioodide pinnatemperatuuri jälgimiseks. Näiteks saavutab tuuleenergia inverteri projekt infrapuna temperatuuri mõõtmise abil ristmiku temperatuurivea ± 2 kraadi täpse kontrolli.
2. Ülekoormuskaitse mehhanism
Transient Voltage Suppressor (TVS): TVS-diood on paralleelselt ühendatud dioodi sisendisse, et summutada pikselöögi või lüliti liigpingeid. Teatud fotogalvaanilise massiivi projekt on selle konstruktsiooni abil parandanud oma ülepinge taluvust 1 kV-lt 6 kV-le.
Tarkvaravoolu piiramise algoritm: digitaalsetes juhtimissüsteemides reguleeritakse dioodivoolu dünaamiliselt algoritmide abil. Näiteks teatud elektrisõidukite laadimisjaama projekt kasutab PID voolu piiravat juhtimist, et lühendada ülekoormuse reaktsiooniaega 50 ms-ni.
5, Juhtumiuuring: Avamere tuuleenergia muundurite kaitsepraktika
Teatud avamere tuuleenergia projekt asub subtroopilistes vetes, mille ümbritseva õhu temperatuur on 45 kraadi ja õhuniiskus 90%. Algses disainis kasutati tavalisi räni-põhiseid dioode ja rikete määr pärast üheaastast töötamist oli koguni 12%. Parandusplaan sisaldab:

Seadme uuendamine: asendatud SiC dioodiga, temperatuurikindluse tase tõstetud 175 kraadini;
Soojuse hajumise parandamine: DFN-i pakendamise ja vasest jahutusradiaatorite paigaldamisel vähendatakse ristmiku temperatuuri 150 kraadilt 110 kraadini;
Keskkonnaisolatsioon: asetage dioodmoodul IP67 kaitstud juhtkappi ja paigaldage niiskuse eemaldamise seade;
Jälgimine ja kaitse: integreeritud termistor ja TVS-diood temperatuuri ja pinge topeltkaitse saavutamiseks.
Pärast täiustamist on süsteem pidevalt töötanud 3 aastat ilma ühegi dioodi rikketa, aastane elektritootmine on kasvanud 8% ja hoolduskulud vähenenud 60%.