Энергетикалық электроника саласында оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторлары (IGBTS) өндірістік дискілерден және жаңартылатын энергия жүйелерінен электрлік көлік құралдарына (EVS) және жылдам жүрдек пойыздарға дейінгі электр энергиясының ағынын басқаратын ажырамас компоненттер болып табылады. Олардың жоғары вольтты және жоғары вольтты және жоғары жылдамдықтарды тиімді өңдеу мүмкіндігі оларды заманауи электр жүйелерінде шешуде болды. Алайда, электр қуатын өңдеу мүмкіндігі айтарлықтай қиындық тудырады: жылу. IGBT модульдеріндегі термиялық басқару олардың оңтайлы өнімділігін, сенімділігі мен ұзақ өмір сүруін қамтамасыз ету үшін қажет.
Бұл мақала IGBT модульдерінде термиялық басқарудың маңыздылығына, модульдің тиімділігіне, операциялық қызмет мерзіміне және жалпы функционалдылығына әсер ететін негізгі дизайн мәселелерін зерттеудің маңыздылығын анықтайды. Мұнда келтірілген түсініктер дизайнерлерге, инженерлерге және өндірушілерге тиімді термиялық басқаруға ықпал ететін факторларды жақсы түсінуге көмектеседі IGBT модульдері.
IGBTS рөлін түсіну
Термиялық басқаруға түспес бұрын, электр жүйелеріндегі IGBTS-тің сыни рөлін түсіну пайдалы. Igbts - бұл жоғары қуатты қосымшаларда электр қуатын қосу және өшіру үшін пайдаланылатын жартылай өткізгіш құрылғылар. Олар мофецтердің (металл-острид-жартылай өткізгіш өріс транзисторлары) және BJTS (биполярлық түйісу транзисторлары) және BJTS (биполярлық түйісу транзисторлары) және жоғары кернеуді бұғаттау және салыстырмалы түрде оңай басқару тетіктерімен жабдықтауды ұсынады.
Олардың артықшылықтарына қарамастан, IGBTS едәуір мөлшерде жылу шығарады. Электрлік токтарды ауыстырған кезде Бұл жылу электр кедергісінен және оның жұмыс істеп тұрған кезде құрылғыға тән шығыстардан шығады. Егер дұрыс басқарылмаса, бұл жылу тиімділік, өнімділіктің нашарлауы немесе тіпті апатты істен шығуына әкелуі мүмкін.
Жылуды басқарудың маңыздылығы
IGBT модульдеріндегі жылу менеджменті модульдегі температураны бақылау үшін қолданылатын әдістерге жатады, оның қауіпсіз жұмыс шектеулі екендігіне көз жеткізу үшін қолданылған әдістерді білдіреді. Дұрыс термиялық басқару бірнеше негізгі мақсаттарға қызмет көрсетеді:
Тиімділік : қызып кету ИГБ-дағы қарсылық жоғарылатуы мүмкін, энергия шығынына әкеледі. Тиімді жылумен басқару осы шығындарды азайтады және құрылғының жалпы тиімділігін жақсартады.
Ұзақ өмір сүру : Жоғары температура мерзімінен бұрын өткізгіш материалдар мен дәнді дақтардың қартаюын жеделдете алады, ал ертедегі сәтсіздікке әкеледі. IGBT-ті салқындату арқылы термиялық басқару модульдің қызмет ету мерзімін ұзартады.
Сенімділік : IGBT жоғары температурада жұмыс істеген кезде, сәтсіздікке ұшырайды. Тиімді жылу менеджменті модульдердің сенімді, тіпті талап ету жағдайларында да сенімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.
Өнімділік : IGBT өнімділігі тікелей температураға әсер етеді. Шамадан тыс жылу коммутация уақытының жоғарылауына, баяу жауапқа және жалпы өнімділікке әкелуі мүмкін. Жылу деңгейлерін басқару құрылғының ең жоғарғы потенциалында жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.
Тиімді жылу менеджментінің негізгі дизайны
Тиімді жылумен басқару бірқатар факторларды, оның ішінде жылу таратудың тиімділігін, жылу беру тиімділігін, жылу кедергісін және IGBT модульдерінде қолданылатын материалдардың физикалық қасиеттерін қарастырады. Оңтайлы термиялық өнімділікті сақтау үшін кейбір маңызды дизайн туралы ойларды зерттейік IGBT модульдері :
1. Жылуға төзімділік
Жылуға төзімділік IGBT модульдеріндегі жылуды басқарудың негізгі факторы болып табылады. Бұл материалдың жылу шығынына қарсы тұруын білдіреді, бұл жылу IGBT-ден қаншалықты оңай кететінін анықтайды. Қуат модульдерінде жылу кедергісі, ең алдымен, түйіспе қарсылықпен, түйіспе, тораппен, қоршаған ортаның төзімділігімен және модульде қолданылатын оқшаулағыш материалдардың жылу кедергісі.
Жылуға төзімділікті азайту үшін дизайнерлер әдетте IGBT модулінде қолданылатын материалдардың жылу өткізгіштігін жақсартуға бағытталған. Мыс, алюминий немесе керамикалық субстрат сияқты жылу берудің жақсы қасиеттері бар материалдарды таңдау арқылы, IGBT шығарған жылу салқындату жүйесіне тиімдірек берілуі мүмкін.
2. Салқындату шешімдері
Салқындатудың сенімді шешімі «IGBT модульдерінің температурасын қолайлы шектерде ұстау өте маңызды. Салқындату жүйелерін белсенді және пассивті салқындату шешімдеріне кеңінен санауға болады.
Пассивті салқындату : Бұл әдіс модельге және модульден жылуды тарату үшін жылу раковиналарына және табиғи конвекцияға сүйенеді. Ол термиялық жүктеме басқарылатын төменгі қуат қосымшаларына жарамды, бірақ жоғары қуатты модульдер үшін пассивті салқындату жеткіліксіз болуы мүмкін.
Белсенді салқындату : Белсенді салқындату шешімдері Жанкүйерлер, сұйық салқындату немесе жылу алмастырғыштар, мысалы, модульден жылуды белсенді түрде кетіру үшін сыртқы құрылғыларды пайдаланыңыз. Жоғары қуатты IGBT модульдері үшін, белсенді салқындату құрылғының температурасын қауіпсіз пайдалану шегінде ұстау үшін жиі қажет.
Қазіргі IGBT дизайнында сұйық салқындату ауа салқындату жүйелерімен салыстырғанда жылуды тарату сыйымдылығының арқасында танымал бола бастады. Сұйық салқындатуға арналған модульді салқындатқышты немесе модульден жылу сіңіретін суық плитамен тікелей салқындату арқылы қол жеткізуге болады.
3. Ыстық жуғыш дизайн
Жылу раковиналары көптеген IGBT модульдерінде маңызды компоненттер болып табылады. Жылу раковинасы әдетте алюминий немесе мыс сияқты жоғары жылу өткізгіштікпен жасалған материалдардан жасалған және жылуды тарату үшін қол жетімді жер үсті аймағын көбейтуге арналған. Жылу раковинасының беткі қабаты неғұрлым үлкен болса, ол жылуды тиімді түрде тарата алады.
Тиімді жылу раковинасының тиімді дизайны оның бетінің ауданын ұлғайту және жылу таратуды жақсартатын ыстықтың геометриясын оңтайландыруды қамтиды. Мысалы, жылу раковиналарымен қоршалған жылу раковиналары айналадағы ауада жанасудағы, жылуды таратудың жалпы тиімділігін арттыратын беттік аймақта жиі қолданылады.
4. Жылу интерфейсі (TIMS)
Термиялық интерфейс материалдары (TIMS) жылу өткізгіштікті жақсарту үшін IGBT чипі мен жылу раковинасы мен жылу раковинасы арасында қолданылады. Бұл материалдар беттер арасындағы микроскопиялық олқылықтарды толтырады және интерфейстегі жылу кедергісін азайтады.
Тим таңдауы термиялық басқарудың тиімділігін қамтамасыз етуде өте маңызды. Жалпы таймдарға термиялық майлар, фазалық материалдар (PSMS), және термиялық өткізгіш жастықшалар кіреді. Бұл материалдардың әрқайсысының артықшылықтары бар және қолданбаның жылу талаптары, қолданбаның қарапайымдылығы, уақыт өте келе беріктікке байланысты таңдалады.
5. Модуль орамын және құрылыс
IGBT модулінің орамасы оның жылу көрсеткіштерінде маңызды рөл атқарады. Тиімді қаптама IGBT шығарған жылуды салқындату жүйесіне тиімді аударады және құрылғы термиялық стресстен механикалық тұрақты болып қалады.
Жылуды басқарудан басқа, орам материалдары IGBT модулін ылғал, шаң және механикалық шок сияқты қоршаған орта факторларынан қорғауға тиіс. Қазіргі заманғы IGBT модульдері металлургия субстраттары немесе тікелей мыс байланысы (DCB) субстраттары, мысалы, механикалық қорғаныс және тиімді жылу таратуды ұсынады.
Жетілдірілген термиялық технологиялар
IGBT модульдері дамып келе жатқандықтан, олардың дизайнында термиялық басқару технологиялары да бар. Соңғы дамыған техникалардың кейбірі IGBT модульдеріне мыналар кіреді:
Тікелей суды салқындату : электромобильдер немесе өнеркәсіптік қозғалтқыш жетектері сияқты кейбір жоғары қуатты қосымшаларда, Igbts тікелей сумен салқындатылады. Суды салқындату керемет термиялық өткізгіштікпен қамтамасыз етеді және IGBT жұмыс температурасын нақты бақылауға мүмкіндік береді.
Жақсартылған жылу материалдар : Материалтану саласындағы жаңа әзірлемелер дәстүрлі материалдармен салыстырғанда жылуды графикалық термиялық интерфейс, графен негізіндегі жылу интерфейсі сияқты дамыған жылулық материалдарды құруға әкелді.
SMART термиялық мониторингі : заманауи IGBT модульдері көбінесе модуль температурасын нақты уақытта бақылайтын жылу датчиктерімен жабдықталған. Бұл сенсорлар салқындату жүйесінің жұмысын оңтайландыруға және болжамды техникалық қызмет көрсету үшін кері байланыс береді.
Жылуды басқару және шешімдердегі қиындықтар
Термиялық басқару технологияларында айтарлықтай жетістіктер жасалды, қиындықтар қалады. Кейбір жалпыға ортақ мәселелерге мыналар кіреді:
Қуаттың жоғары тығыздығы : IGBT модульдері тығыздалып, жоғары қуат тығыздығының тығыздығын арттыра бастайды, жылу мөлшері артады. Бұл салқындату жүйелеріне және жылу менеджментінің техникасына үлкен сұранысты орындайды.
Жылу велосипсі : жұмыс кезінде IGBT модульдерін қайта жылыту және салқындату термиялық шаршауды тудыруы мүмкін және уақыт өте келе материалды тозуға әкелуі мүмкін. Бұл мәселені жылу кернеуін азайту үшін сапалы материалдар мен мұқият дизайнды қолдану арқылы азайтуға болады.
Тиімділік VS. Құны : Жетілдірілген жылу менеджменті технологиялары тиімділікті арттыруы мүмкін, олар көбінесе шығындармен жиі келеді. Инженерлер оңтайлы термиялық өнімділікке қол жеткізу және бюджет шегінде жүйенің жалпы құнын сақтау арасындағы тепе-теңдікті сақтауы керек.
Қорытынды
IGBT модульдеріндегі термиялық басқару - бұл ұзақ өмір сүрудің, сенімділікті және электронды жүйенің жұмысын қамтамасыз етудің маңызды аспектісі. Термиялық тұрақтылық, салқындату шешімдері, жылу контрабектері, жылу раковинасы, модуль қаптамасы сияқты негізгі дизайн мәселелерін түсіну және шешу арқылы инженерлер тиімді және берік IGBT негіздерін жасай алады. Материалдар мен салқындату технологияларындағы үздіксіз жетістіктермен, қуат модулдеріндегі жылу менеджменттің болашағы перспективалы болып табылады.
Салалар ретінде жоғары қуаттың тығыздығы мен тиімдірек жүйелерін талап етуді жалғастыруда, Цзянғсу Донгай өткізгіштер сияқты компаниялар IGBT-дің инновациялық шешімдерінің алдыңғы қатарында. Олардың жоғары өнімді, сенімді, сенімді модульдер шығаруға деген ұмтылысы даладағы үздік прогресті және заманауи электроникадағы тиімді термиялық басқарудың маңыздылығын көрсетеді.
