EN
IGBT модульдің құпиясына жету механизмдерін анықтау
Қуатты семикондукторлық құрылғылардағы қосмалық кезектіліктер
IGBT модульдері жоғары кернеу мен ток деңгейлерін басқаруда маңызды рөл атқарады, бірақ олардың өзіне тән кемшіліктері бар, бұл келешекте істен шығуға әкеліп соғады. Негізгі мәселелерге материалдың жалығуы мен тәулік бойы өзгеріп тұратын қуаттың талап етілуіне байланысты жүріп жатқан жылу циклдері жатады. Бұл кернеулер қосылыстардағы жалығу мен сымдардың бұзылуы сияқты қиындықтар туғызады. IEEE-дің «Power Electronics» журналында жарияланған деректерге сәйкес, тек қарапайым температура өзгерістері ғана істен шығу жиілігін шамамен 40% арттыруы мүмкін. Бұл жағдай жақсы жобалаудың қаншалықты маңызды екенін көрсетеді. Сонымен қатар, бұл мәселелерге өндірістегі көптеген кемшіліктер де әсер етеді. Жиі кездесетін бір үлкен мәселе — компоненттер арасындағы байланыстың нашар болуы, бұл кернеудің жиналуына әкеліп соғып, жүйелер шынайы толық қуатпен жұмыс істеген кезде ерте істен шығуға себеп болады. Бұл мәселелерді шешу үшін инженерлер модульдерді жобалау мен өндіріс кезінде өндірушілердің сақтауы тиіс сапа стандарттарына ерекше көңіл бөлуі қажет.
Диод модулілерінің қателердің шығуына орналасуы туралы
IGBT жүйелерінде диодты модульдер мәселелер басталып, тұтас тізбекті бұзып жіберетін нүктелер болып табылады. Диодты модульдің істен шығуы тек үнсіз қалмайды, ол жақын аумақтағы бөлшектерге әсер ететін және кейде барлық жүйені тоқтатып қоятын домино әсерін тудырады. Нақты өрістік деректерге қарағанда, әрбір бес немесе алты жүйелік мәселенің бірі диодты модульдердің істен шығуынан болып отыр, бұл олардың қаншалықты маңызды екенін көрсетеді. Бұл мәселе ерекше қамқорлық тудыратын сол жағдай, бір модуль шыққан кезде ол тек жергілікті проблема ғана емес. Істен шығу жүйедегі кернеу басқаруы мен ток жолдарына әсер ететін оқиғалар тізбегін бастауы мүмкін, бұл IGBT-нің сенімді жұмысын ұстап тұру үшін қажетті нәрсе. Бұл көрсеткіштерге сүйене отырып, көптеген инженерлер қазір диодты модульдерді кезең-кезең сайын тексеру мен жүйенің дизайнында оларды орналастыру қажеттілігіне келісім беруде, өйткені өндірушілер шынайы әлемдік жағдайларда ұзақ қызмет ететін жабдықтарды жасауды қалайтын.
Жұп тирістор конфигурациясының әсері
Екі жармалы тиристорларды орналастыру тәсілі IGBT модульдерінің тұрақты жұмыс істеуіне әсер ететіні маңызды, әсіресе тізбекті реакциялар жүйенің жұмысын тоқтатуы мүмкін болған жағдайда. Бұл орналасулар үлкен электр жүктемелерін басқаруға арналған, бірақ ығысу немесе күтпеген кернеу нүктелері пайда болған кезде оңай бұзылады. Сол себепті параллель орналасуларда проблемалар тез көбейіп кетеді. Дәл қазіргі кездегі өндірістерде, мысалы, дәнекерлеу машиналары мен инверторлар сияқты жоғары температура мен кернеуге ұшырайтын жағдайларда жиналған деректер екі жармалы тиристорлардың орналасулары уақыт өте ысып кету мәселесіне ұшырайтынын көрсетіп отыр. Мысалы, кедергілі нүктелі дәнекерлеу машиналарын алып қарастырайық. Артық кернеу бірте-бірте жиналған сайын IGBT басқаруын бірден-біріне соқтырып шығарып, нәтижесінде барлығы бірден тоқтап қалады. Мұндай жағдайлардың жиі болуын болдырмау үшін компаниялар жақсырақ қорғаныс механизмдері мен бақылау құралдарына инвестиция салуы керек. Бұлар тәуекелді толық жоя алмаса да, көп жағдайда қауіпсіз жұмыс жағдайларын сақтауға көмектеседі.
IGBT модулінің шығындық шарттары
Термик көбейтілген және жылытынды қайта жіберу сапарлары
Жылу артық шамадан тыс жүктеме, әсіресе IGBT модульдерінің жұмыс істеу барысында істен шығу себептерінің бірінші орын алады. Бұл көбінесе жылу дұрыс шашыраңқы болмайтын немесе жүйе бір уақытта тым көп қуатты өңдеуге мәжбүр болған кезде болады. Суыту жүйесінің нашар орналасуы компоненттер шыдай алатын температурадан асып кетіп, қызып кету мен соңында істен шығуға әкеліп соғады. Жылумен басқару бойынша жүргізілген зерттеулер жартылай өткізгіштердің барлығының 40 пайызынан астам істен шығу себептері жылумен басқару мәселелеріне байланысты екенін көрсетті, ал IGBT модульдері осы проблеманың ішінде. Саладағы сарапшылар сұйық суыту жүйелерін қолдану немесе дұрыс радиаторлар орнату сияқты жақсы суыту шешімдерін қосу едәуір айырмашылық жасайтынын атап өтті. Бұл жақсартулар қауіп факторларын азайтып, IGBT жүйелерінің қаншалықты ұзақ уақыт пайдалануға болатынын ұзартады.
Жоғары күшті қолданбалардағы өшірістік толықсыз қосу
Жоғары қуатты IGBT қолдануларында керіп тұру әлі де негізгі проблема болып табылады. Бұл құрылғының шыдай алатын кернеуден асып кеткен кезде пайда болады. Бұл түрдегі көптеген бұзылыстар жабдық жұмыс істеп тұрған кезде кенет кернеу импульстері немесе күтпеген толқындар әсерінен болады. Нақты өмірдегі мысалдарға назар салсақ, кернеу қауіпсіз деңгейлерден асып кеткенде IGBT компоненттерінің ішінде жылдам қызу пайда болып, жүйенің толық бұзылыуына әкелетінін көреміз. Сала бойынша деректерге сүйенсек, барлығы жазылған IGBT бұзылыстарының шамамен 25%-ы осындай керіп тұру нәтижесінде болады. Бұл жоғары қуатты деңгейлермен жұмыс істейтін кез келген орнатуда дұрыс толқыннан қорғау жүйелері мен дәл кернеу басқару әдістерінің қаншалықты маңызды екенін көрсетеді.
Шыңғылдық оксидінің қорытындылары
IGBT модульдерінде кездесетін тағы бір жиі кездесетін проблема – қақпа оттегі қабатының бұзылуы. Бұл әртүрлі атмосфералық факторлар мен уақыт өте қолданудың әсерінен пайда болады. Ауадағы артық ылғал, температура өзгерістері мен ұзақ уақыт электр жүктемесінің әсерінен қорғауыш оттегі қақпасы бұзыла бастайды. Нәтижесінде пайда болған пайдаланылмайтын қосымша токтар құрылғының өзінің шығын болуына әкеліп соғады. Бірнеше зерттеулер нәтижесін талдау кезінде барлығының бестен бір бөлігі осындай қақпа оттегі проблемаларына байланысты екені анықталды. IGBT модулі мұндай модульдермен жұмыс жасайтын инженерлер үшін атмосфералық жағдайларды бақылау өте маңызды болып табылады. Модульдер қаншалықты жиі және қандай жағдайларда жұмыс істейтінін реттеу арқылы осындай жұқа құрылымдарды ұзақ уақыт бүтін ұстауға болады.
Механикалық стресс қосымша сварка жүйелерінде
Кедергі нүктелік пісіру жүйелерінде IGBT модульдері жиі жұмыс істеу барысында олардың сенімділігін әлсірететін ауыр механикалық кернеуге ұшырайды. Пісіру ортасы жоғары жиілікті дірілдер мен құрамындағы компоненттерде уақыт өткен сайын құрылымдық тұрғыда жарамсыз болуы мүмкін әлсіз аймақтар туғызатын өте күшті әсерлерді тудырады. Өнеркәсіптік деректерге сәйкес, кернеу белгілі бір аймақтарда шоғырланған кезде ұзақ уақыт пайдалану нәтижесінде істен шығу көрсеткіштері 15% асуы мүмкін. Дизайнды дұрыс жасау бұл жерде өте маңызды. IGBT модульдерін дұрыс орналастыру және тиімді басқыштық әдістерді қолдану олардың механикалық әсерлерге төзімділігін күрт арттырады. Бұл сенімділік әсіресе маңызды болып табылатын әртүрлі пісіру қолданбаларында тұрақты өнімділікті сақтауға көмектеседі.
Электр жинақтау машинасы компоненттеріндегі сварочная жұмыс істемесі
Электр дәнекерле машиналардағы бөлшектер үшін қатты құбылыс - бұл ішінде жылу шығаратын IGBT модульдері бар болған кезде пайда болатын қатты дәнекер. Температураның үнемі өзгеріп тұруы мен физикалық қозғалыстардың әсерінен дәнекер жалғауларында кернеу пайда болады, олар трескіге ұшырап, істен шығады. Салалық деректер дәнекерлеу құрылғылары күн сайын қайталанатын кернеу циклдарын бастан өткізетіндіктен мұндай ақаулар жиі кездесетінін көрсетеді. Осы проблеманы шешу үшін өндірушілер бастапқы кезде берік дәнекер жалғауларды жобалау мен сапалы дәнекер материалдарына көбірек көңіл бөлуі қажет. Бұл жақсартулар дәнекерлеу ортасында қолданылатын бөлшектер қаншалықты ұзақ уақыт қызмет ететінінде нақты айырмашылық жасайды.
Бастапқы қателіктерді анықтау үшін диагностикалық техникалар
Термалдық анализ үшін инфракрас термография
Инфрақызыл термография біз айналысатын IGBT модульдеріндегі қызып кету проблемаларын анықтаудың маңызды тәсілі болып табылады. Негізінде бұл әдіс инфрақызыл технологияны қолдана отырып суреттер түсіріп, жылудың құрылғы бетінде қалай таралатынын көрсетеді. Бұл әдістің артықшылығы қандай? Бұл үшін ештеңеге қол тигізудің қажеті жоқ. Бұл техниканың қалыпты жұмыс істеп тұрған кезде мәліметтерді алатынын білдіреді, тексеру үшін заттарды тоқтатудың қажеті жоқ. Жақында зерттеушілер электрлік жартылай өткізгіштерді зерттеген жағдайды алайық. Олар инфрақызыл бейнелеу жүйесі IGBT модульдеріндегі ысық нүктелердің ескерту белгілерін нақты ақаулар пайда болудан бірнеше ай бұрын анықтағанын анықтады. Бұл ерте анықтауға мүмкіндік берді техникалық қызмет көрсету топтары проблемаларды шешу алдында олар айналды үлкен ақаулар және қымбат жөндеулер желісі.
Жылжыту токтарын өлшеу протоколдері
IGBT модульдеріндегі қосымша токтарды тексеру олардың жұмыс істеу сапасы мен потенциалдық ақаулар туралы маңызды ақпарат береді. Мамандар бұл токтарды ретімен өлшегенде, изоляцияның істен шығуы сияқты мәселелерді үлкен зақым келмес бұрын анықтауға болады. Көбінесе компаниялар осындай сынақтарды жүргізу бойынша белгілі бір әдістерді қолданады, әдетте ток ағынындағы өте аз өзгерістерді анықтай алатын арнайы құрылғылар қажет болады. Бұл техникалық қызмет көрсету бригадаларына уақытылы түзету қажеттілігі туралы ескерту ретінде қызмет етеді. Өндірістік зауыттардан алынған нақты деректер қосымша токтарды бақылау жабдықтардың кенеттен істен шығуын азайтып, күшейткіш электроника құрылғыларының қызмет ету мерзімін ұзартатынын көрсетеді. Ретімен бақылау жүргізетін зауыттар уақыт өте келе өндірістің азаюы мен жөндеу шығындарының төмендеуі туралы хабарлайды.
Акустик микроскопиясы үшін теңіз байланыстарын тексеру
Акустикалық микроскопия IGBT модульдерінің ішіндегі қосылыстарды тексеру кезінде ойын өзгертетін әдіс болып табылады, бұрынғы тексеру әдістерін жеңіп шығады. Бұл әдіс материалдар арқылы бұзбайтын жоғары жиілікті дыбыс толқындарын жіберу арқылы жұмыс істейді, бұл біз кәдімгі бейнелеу құралдарымен көрмейтін жасырын жерлердегі жағдайды көруге мүмкіндік береді. Біз кәдімгі тексеру құралдарымен көрсетілмейтін әртүрлі мәселелерді, мысалы, кішігірім трещинкаларды, бос орындарды немесе қабаттардың бөлінуін табу туралы айтып отырмыз. Бұрын-соңды өткізілген зерттеулер бұл әдістің жасырын ақауларды табуда бұрын пайдаланылған көзбен тексеру әдістеріне қарағанда әлдеқайда тиімді екенін көрсетті. Бұл практикада не нәрсені білдіреді? Ерте анықтау жолымен болашақтағы күтпеген жағдайлар азаяды, сондықтан IGBT модульдерінің нақты қолданылуында тұрақтылығы артады.
Критикалық қолданбалар үшін қорғау стратегиялары
Индустрологиялық драйверлер үшін өңдеуленген жылыту системасының дизайны
Олардың ішінде IGBT модульдері болған кезде өндірістік жетектер үшін салқындатуды дұрыс орналастыру маңызды, егер олар жақсы жұмыс істеп, ұзақ уақыт қызмет етуін қаласақ. Жақсы жобалау әдетте ауа ағынын дұрыс басқаруды және компоненттер арасындағы жылулық байланыстардың ықтимал болғанша тиімді болуын қамтамасыз етеді. Мысалы, жылу түтіктері мен сұйықпен салқындатылатын тақталарды алуға болады - бұл заттар артық жылуды шығаруда үлкен айырмашылық жасайды. Өндірушілер нақты осы салқындату шешімдерін іс жүзінде енгізген кезде, нәтижелер өздерінен көрсетеді. Бір зауытта салқындату тиімділігі шамамен 30% артты, бұл модульдердің уақыт өте жоғарырақ жұмыс істеуіне және жақсырақ өнім беруіне әкеледі. Ешкім жабдықтардың қызуынан қателесі келмейді, ал дұрыс салқындату оны тоқтатады. Өндірістік орталар әртүрлі қиындықтарға кездеседі, бірақ сенімді салқындату қиын жағдайларда да операцияларды тегіс орындауын қамтамасыз етеді.
Жіберу шаруашылық цепі
IGBT модульдерін зиян келтіретін кернеу артуынан қорғау үшін кернеу шектеуіш тізбектердің маңызы өте зор. Оларсыз электрлік кернеу бір жерге жиналып, жиі жарылыс қаупін тудырып, құрылғылардың істен шығуына әкеліп соғады. Мұндай жүйелерді жобалағанда инженерлер кернеудің қатты тербелісін шыдай алатын дұрыс диодтар мен резисторларды таңдауы қажет. Кейбір жергілікті сынақтар дұрыс орындалған шектеуіш тізбектердің істен шығу санын 35-40 пайызға дейін азайтатынын көрсетті. Тұрақты кернеу импульстеріне ұшырайтын электронды қуат жабдықтарымен жұмыс істейтіндер үшін мұндай қорғаныс модульдің қызмет ету мерзімін ұзарту мен жүйенің сенімділігін сақтауда айтарлықтай айырмашылық жасайды.
Қызметкерлік сапасын басқару қысметті практикалар
Өндіру кезіндегі жақсы сапа бақылауы сенімді IGBT модульдерінде бәрін айырмашылық жасайды. Ең тиімдісі қандай? Ақаулар үлкен мәселеге айналмас бұрын оларды анықтау үшін тестілеу әдістері мен кейінірек көрінетін әлсіздіктерді анықтау үшін материалдарды тексеру. Өнеркәсіп осындай қызықты технологияларды қолданады, мысалы, компоненттердің ішкі жағын көруге арналған рентгендік сәулелер немесе жасырын трещиналар мен біртектіліктің жоқтығын анықтайтын ультрадыбыстық толқындар. Өндірушілердің барлығынан алынған деректерге қарағанда, жақсы сапа тексерістерінің тұрғысынан жиірек ақаулар саны азаяды. Кейбір компаниялар тексеру процесстерін қатаң бақылау арқылы күтпеген тоқтаулардың санын жартыға дейін азайтқанын хабарлайды. Модульдер бұл сынақтардан өткен сайын уақыт өте өзінің тұрақтылығын сақтайды, ал жабдықтардың істен шығуы үлкен операциялық мәселелер немесе қауіпсіздік қатерін тудыруы мүмкін қолдануларда бұл өте маңызды.