Aký je vplyv teploty na výkonnosť produktov IGBT?

Ako dodávateľ produktov IGBT som bol svedkom kritického vplyvu teploty na výkon týchto základných polovodičových zariadení. IGBT alebo izolované bipolárne tranzistory brány sa široko používajú v rôznych aplikáciách, od priemyselných motorových jednotiek po obnoviteľné energetické systémy a elektrické vozidlá. Pochopenie toho, ako teplota ovplyvňuje ich výkonnosť, je rozhodujúce pre zabezpečenie spoľahlivosti a efektívnosti týchto aplikácií.

Teplota a IGBT elektrické charakteristiky

Jedným z najvýznamnejších spôsobov, ako teplota ovplyvňuje výkon IGBT, je jeho účinok na elektrické charakteristiky. Keď teplota stúpa, pokles napätia vpred naprieč IGBT sa zvyšuje. Tento jav je primárne spôsobený zvýšením odporu polovodičového materiálu s teplotou. Vyšší pokles napätia vpred znamená, že viac energie sa rozptýli ako teplo v zariadení, čo vedie k zníženej účinnosti. Napríklad v aplikáciách s vysokým výkonom, kde sa IGBT používajú na reguláciu veľkých prúdov, môže mať aj malé zvýšenie poklesu napätia vpred napätia k podstatnému zvýšeniu straty energie.

Prahové napätie IgBT tiež klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Prahové napätie je minimálna brána - do - emitorového napätia potrebné na zapnutie IGBT. Nižšie prahové napätie spôsobuje, že IGBT je náchylnejším na falošné zapnutie -, čo môže spôsobiť krátke - obvody a poškodenie zariadenia a okolitých obvodov. Toto je kritický problém, najmä vo vysoko frekvenčných aplikáciách, kde je potrebné rýchle prepínanie.

Tepelný stres a spoľahlivosť

Teplota ovplyvňuje nielen elektrický výkon IGBT, ale má tiež hlboký vplyv na ich spoľahlivosť. IGBT vytvárajú teplo počas prevádzky a ak sa toto teplo efektívne nerozptyľuje, môže to viesť k tepelnému napätiu. K tepelnému napätiu dochádza, keď sa rôzne časti IGBT rozširujú a sťahujú sa rôznymi rýchlosťami v dôsledku variácií teploty. V priebehu času to môže spôsobiť mechanické poškodenie zariadenia, ako je praskanie polovodičovej matrice alebo delamináciu lepiacich vodičov.

Prevádzka vysokej teploty tiež urýchľuje proces starnutia IGBT. Chemické reakcie v polovodičovom materiáli je pravdepodobnejšie, že sa vyskytujú pri zvýšených teplotách, čo môže viesť k degradácii elektrických a tepelných vlastností zariadenia. Napríklad rozkladné napätie IGBT sa môže v priebehu času znížiť za podmienok vysokej teploty, čím sa zníži jeho schopnosť odolávať vysokému napätiu.

Vplyv na prepínanie výkonu

Prepínací výkon IgBT je ďalšou oblasťou významne ovplyvnenou teplotou. Pri nízkych teplotách sú časy odbočky a vypínanie IGBT vo všeobecnosti kratšie. Dôvodom je skutočnosť, že mobilita nosičov náboja v polovodičovom materiáli je vyššia pri nižších teplotách, čo umožňuje rýchlejšie prepínanie. Avšak so zvyšovaním teploty sa časy prepínania predĺžia. Dlhšie časy prepínania môžu viesť k zvýšeným stratám energie počas procesu prepínania, pretože IGBT trávi viac času v prechodnom stave medzi štátmi ON a OFF.

Okrem toho môže teplota ovplyvniť aj prepínajúcu energiu IGBT. Prepínacia energia je množstvo energie rozptýlenej počas procesov vypnutia a vypnutia. Vyššie teploty zvyčajne vedú k vyššej prepínanej energii, čo ďalej znižuje celkovú účinnosť systému.

Riadenie chladenia a teploty

Vzhľadom na významný vplyv teploty na výkon IGBT sú nevyhnutné efektívne chladenie a riadenie teploty. Pre IGBT je k dispozícii niekoľko spôsobov chladenia, vrátane chladenia vzduchu, chladenia kvapaliny a tepelných potrubí. Chladenie vzduchu je najjednoduchšia a najdôležitejšia - efektívna metóda, ale má obmedzenú chladiacu kapacitu. Na druhej strane chladenie kvapaliny môže poskytnúť oveľa vyššiu účinnosť chladenia, vďaka čomu je vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom. Tepelné potrubia sú pokročilejším chladiacim roztokom, ktorý môže efektívnejšie prenášať teplo ako tradičné metódy chladenia.

Správny tepelný dizajn je tiež rozhodujúci pre riadenie teploty. Zahŕňa to výber pravého chladiča, zabezpečenie dobrého tepelného kontaktu medzi IGBT a chladičom a optimalizáciu usporiadania dosky obvodu na uľahčenie rozptylu tepla. Okrem toho sa teplotné senzory môžu použiť na monitorovanie teploty IGBT v reálnom čase, čo umožňuje proaktívne riadenie chladiaceho systému.

Naše produkty IGBT a úvahy o teplote

Ako dodávateľIGBT moduly, berieme na teplotné úvahy veľmi vážne. Naše moduly IGBT sú navrhnuté s pokročilými funkciami tepelného riadenia, aby sa zabezpečilo optimálny výkon za širokého rozsahu teplotných podmienok. Na zvýšenie rozptylu tepla používame materiály s vysokou kvalitou s vynikajúcou tepelnou vodivosťou.

Náš tím výskumu a vývoja vykonáva rozsiahle testovanie na vyhodnotenie výkonnosti našich produktov IGBT pri rôznych teplotách. To nám umožňuje poskytnúť presné údaje o charakteristikách našich produktov - závislé od teploty - umožňujú našim zákazníkom robiť informované rozhodnutia pri výbere IGBT pre ich aplikácie.

Záver

Záverom je, že teplota má významný vplyv na výkonnosť produktov IGBT. Ovplyvňuje ich elektrické charakteristiky, spoľahlivosť, výkonnosť a celkovú účinnosť. Ako dodávateľ chápeme dôležitosť riadenia teploty pri zabezpečovaní dlhodobého výkonu a spoľahlivosti našich produktov IGBT.

Ak ste na trhu s vysokými kvalitnými výrobkami IGBT, ktoré dokážu dobre fungovať za rôznych teplotných podmienok, vyzývame vás, aby ste nás kontaktovali na diskusiu o obstarávaní. Náš tím odborníkov je pripravený vám pomôcť pri výbere správnych modulov IGBT pre vaše konkrétne potreby aplikácií.

Odkazy

1. Mohan, N., Undeland, TM, & Robbins, WP (2012). Elektronika: Prevodníci, aplikácie a dizajn. Wiley.
2. Benda, M., & Kolar, JW (2010). Teplota - závislé elektrické a tepelné modely IGBT modulov pre simuláciu obvodu. Transakcie IEEE na výkonovej elektronike, 25 (11), 2832 - 2842.
3. Ertl, H., & Deboy, D. (2006). Nový IGBT so zlepšeným elektrickým a tepelným výkonom. Zborník zo 16. medzinárodného sympózia o zariadeniach Semiconductor a ICS, 35 - 38.