Cum se protejează diodele în echipamente cu energie de temperatură ridicată și umiditate ridicată?

一, Selecția materialului: potrivit pentru dispozitive care sunt rezistente la umiditate, căldură și temperaturi ridicate
1. Optimizarea materialelor de ambalare
În medii cu temperatură ridicată și umiditate ridicată, ambalajele tradiționale din rășină epoxidică sunt predispuse la delaminare sau efect de floricele de porumb din cauza infiltrării vaporilor de apă. Diodele de calitate industrială sunt ambalate în silicon sau ceramică, ceea ce le poate îmbunătăți semnificativ rezistența la umiditate și căldură. De exemplu, un anumit proiect de invertor fotovoltaic a selectat diode Schottky încapsulate ceramice. După funcționare continuă timp de 1000 de ore în testul dublu 85 (85 grade /85% RH), nu a existat niciun fenomen de delaminare în interiorul pachetului, în timp ce dispozitivele obișnuite încapsulate cu rășină epoxidica au explodat după 500 de ore.

2. Upgrade proces cip
Pentru mediile cu temperatură-înaltă, trebuie selectate cipuri cu caracteristici de curent de scurgere scăzute. De exemplu, utilizarea diodelor cu carbură de siliciu (SiC) poate reduce semnificativ curentul de scurgere inversă la temperaturi ridicate. Testarea comparativă a unui anumit proiect de convertizor de energie eoliană offshore arată că la o temperatură de joncțiune de 125 de grade, curentul de scurgere inversă al diodelor SiC este redus cu 80% în comparație cu diodele bazate pe siliciu-, iar eficiența sistemului este îmbunătățită cu 2,3%.

3. Principii de proiectare de derating
În scenariile de-temperatură ridicată, diodele trebuie să fie clasificate în funcție de temperatura lor reală de funcționare. De exemplu, dacă tensiunea inversă nominală a dispozitivului este de 60 V, se recomandă să alegeți un nivel de tensiune de rezistență de 100 V sau mai mare la 85 de grade pentru a rezerva marja de siguranță. Un anumit proiect de sistem de stocare a energiei a redus rata de defecțiune a dispozitivului de la 5% la 0,3% prin creșterea nivelului tensiunii de rezistență a diodei de la 60V la 100V.

2, Proiectare structurală: management termic și protecție de izolare
1. Întăriți structura de disipare a căldurii
Expansiunea foliei de cupru: în configurația PCB, creșterea suprafeței foliei de cupru îmbunătățește conducția căldurii. Un anumit proiect de controler fotovoltaic a extins suprafața foliei de cupru de sub diodă de la 10 mm² la 50 mm², reducând temperatura joncțiunii cu 15 grade.
Radiator integrat: pachetele cu eficiență ridicată de disipare a căldurii, cum ar fi DFN și TO-220, sunt utilizate împreună cu radiatoarele. De exemplu, un anumit proiect UPS industrial folosește diode TO-220 și instalează radiatoare din aluminiu pentru a controla temperatura joncțiunii la 120 de grade în timpul funcționării cu sarcină maximă.
Aplicarea tamponului termic: Umplerea cu grăsime termică sau tampon termic între diodă și radiator poate reduce rezistența termică de contact. Testele au arătat că utilizarea unui tampon termic din silicon de 0,5 mm grosime poate reduce rezistența termică de la 2 grade /W la 0,8 grade /W.
2. Proiectare de izolare electrică
Conexiune paralelă a rezistențelor de partajare a curentului: Când mai multe diode sunt conectate în paralel, un rezistor de partajare a curentului cu rezistență scăzută (cum ar fi 0,1 Ω) trebuie conectat în serie la fiecare diodă pentru a evita distribuția neuniformă a curentului din cauza diferențelor de cădere de tensiune directă. Un anumit proiect de circuit de echilibrare a bateriei de stocare a energiei a redus deviația curentă a diodelor paralele de la 30% la 5% prin acest design.
Diodă de protecție inversă: conectarea în paralel a diodelor inverse la ambele capete ale diodei principale poate împiedica defectarea diodei principale atunci când tensiunea inversă este prea mare. De exemplu, un anumit proiect de modul de încărcare a vehiculelor electrice adoptă această schemă, care scurtează timpul de răspuns al protecției la supratensiune inversă la 10ns.
3, Controlul mediului: Izolarea micromediului și optimizarea ventilației
1. Creșterea nivelului de protecție
Standard de protecție IP: Selectați echipamente cu gradul IP65 (rezistent la praf și la apă) sau IP67 (impermeabil) în funcție de umiditatea mediului. Un anumit proiect de platformă de foraj offshore folosește module de diode de protecție IP67, care nu au suferit coroziune după funcționarea continuă în mediu cu pulverizare de sare timp de 3 ani.
Integrarea dulapului de control: Plasați modulul de diodă într-un dulap de control etanș și instalați aer condiționat sau schimbătoare de căldură pentru a regla temperatura și umiditatea. De exemplu, un proiect UPS într-un centru de date folosește un dulap de control pentru a menține temperatura internă sub 40 de grade și umiditatea la 50% RH, prelungind astfel durata de viață a diodelor cu 40%.
2. Optimizarea sistemului de ventilație
Design de răcire cu aer forțat: în aplicațiile cu consum mare de energie, ventilatoarele sunt utilizate pentru ventilația forțată. Un anumit proiect de invertor fotovoltaic a optimizat designul conductei de aer pentru a crește viteza fluxului de aer în jurul diodei la 3 m/s și a reduce temperatura joncțiunii cu 20 de grade.
Îmbunătățirea convecției naturale: în scenariile cu putere redusă-, creșterea distanței sau a unghiului de înclinare a aripioarelor radiatorului poate îmbunătăți eficiența convecției naturale. Testele au arătat că mărirea distanței dintre aripioare de la 2 mm la 5 mm îmbunătățește eficiența disipării căldurii cu 15%.
4, Monitorizare și protecție: feedback în timp real și intervenție activă
1. Sistem de monitorizare a temperaturii
Integrarea termistorului: instalați termistor NTC lângă diodă pentru a monitoriza temperatura joncțiunii în timp real-. Un anumit proiect de sistem de management al bateriei de stocare a energiei, prin această schemă, declanșează automat protecția de limitare a curentului atunci când temperatura joncțiunii depășește 125 de grade pentru a evita evadarea termică.
Tehnologie de măsurare a temperaturii în infraroșu: folosirea senzorilor în infraroșu pentru a monitoriza fără-contact temperatura suprafeței diodelor. De exemplu, un proiect de invertor eolian realizează un control precis al erorii de temperatură a joncțiunii ± 2 grade prin măsurarea temperaturii în infraroșu.
2. Mecanism de protecție la suprasarcină
Suprimator de tensiune tranzitorie (TVS): O diodă TVS este conectată în paralel la intrarea diodei pentru a suprima loviturile de fulger sau pentru a comuta supratensiunile. Un anumit proiect de matrice fotovoltaică și-a îmbunătățit capacitatea de rezistență la supratensiune de la 1 kV la 6 kV prin acest design.
Algoritm software de limitare a curentului: În sistemele de control digital, curentul diodei este ajustat dinamic prin algoritmi. De exemplu, un anumit proiect de stație de încărcare a vehiculelor electrice adoptă controlul de limitare a curentului PID pentru a scurta timpul de răspuns la suprasarcină la 50 ms.
5, Studiu de caz: Practica de protecție a convertoarelor de energie eoliană offshore
Un anumit proiect de energie eoliană offshore este situat în ape subtropicale cu o temperatură ambientală de 45 de grade și umiditate de 90% RH. Designul original folosea diode obișnuite pe bază de siliciu-, iar rata de eșec după un an de funcționare a fost de până la 12%. Planul de îmbunătățire include:

Upgrade dispozitiv: înlocuit cu diodă SiC, nivelul de rezistență la temperatură a crescut la 175 de grade;
Îmbunătățirea disipării căldurii: Adoptarea ambalajului DFN și instalarea radiatoarelor din cupru, temperatura joncțiunii este redusă de la 150 de grade la 110 de grade;
Izolarea mediului: Plasați modulul de diode într-un dulap de control protejat IP67 și instalați un dispozitiv de dezumidificare;
Monitorizare și protecție: termistor integrat și diodă TVS pentru a obține o protecție dublă a temperaturii și tensiunii.
După îmbunătățire, sistemul a funcționat continuu timp de 3 ani fără defecțiuni ale diodei, cu o creștere de 8% a producției anuale de energie și o reducere cu 60% a costurilor de întreținere.