Kako zaštititi diode u energetskoj opremi visoke temperature i visoke vlažnosti?

一, Izbor materijala: Pogodno za uređaje koji su otporni na vlagu, toplinu i visoke temperature
1. Optimizacija materijala za pakovanje
U okruženjima visoke temperature i visoke vlažnosti, tradicionalna ambalaža od epoksidne smole sklona je raslojavanju ili efektu kokica zbog infiltracije vodene pare. Industrijske diode su pakirane u silikon ili keramiku, što može značajno poboljšati njihovu otpornost na vlagu i toplinu. Na primjer, određeni fotonaponski inverter projekt je izabrao keramičke inkapsulirane Schottky diode. Nakon neprekidnog rada od 1000 sati u dvostrukom 85 testu (85 stepeni/85% relativne vlažnosti), nije bilo pojave delaminacije unutar pakovanja, dok su obični uređaji inkapsulirani epoksidnom smolom eksplodirali nakon 500 sati.

2. Nadogradnja procesa čipa
Za okruženja sa visokim{0}}temperaturama treba odabrati čipove sa niskim karakteristikama struje curenja. Na primjer, korištenje dioda od silicijum karbida (SiC) može značajno smanjiti obrnutu struju curenja na visokim temperaturama. Uporedno testiranje određenog projekta vjetroelektrana na moru pokazuje da je pri temperaturi spoja od 125 stepeni reverzna struja curenja SiC dioda smanjena za 80% u odnosu na diode na bazi silikona{5}}a, a efikasnost sistema je poboljšana za 2,3%.

3. Principi dizajna umanjenih performansi
U scenarijima visokih{0}}temperatura, diode se moraju ocjenjivati ​​prema njihovoj stvarnoj radnoj temperaturi. Na primjer, ako je nazivni obrnuti napon uređaja 60V, preporučuje se da odaberete nivo otpornog napona od 100V ili više na 85 stepeni kako biste rezervisali sigurnosnu marginu. Određeni projekat sistema za skladištenje energije smanjio je stopu kvara uređaja sa 5% na 0,3% povećanjem otpornog napona diode sa 60V na 100V.

2, Projektiranje konstrukcije: Upravljanje toplinom i zaštita izolacije
1. Ojačati strukturu odvođenja topline
Širenje bakarne folije: U PCB rasporedu, povećanje površine bakarne folije poboljšava provodljivost toplote. Određeni projekat fotonaponskog kontrolera proširio je područje bakarne folije ispod diode sa 10mm² na 50mm², smanjujući temperaturu spoja za 15 stepeni.
Integrisani hladnjak: Paketi visoke efikasnosti odvođenja toplote kao što su DFN i TO-220 se koriste zajedno sa hladnjakom. Na primjer, određeni industrijski UPS projekat koristi diode u paketu TO-220 i ugrađuje aluminijske hladnjake za kontrolu temperature spoja unutar 120 stepeni tokom rada punog opterećenja.
Primjena termalne podloge: Punjenje termalne masti ili termalne podloge između diode i hladnjaka može smanjiti kontaktnu toplinsku otpornost. Testovi su pokazali da upotreba silikonske termalne podloge debljine 0,5 mm može smanjiti toplotni otpor sa 2 stepena/W na 0,8 stepeni/W.
2. Dizajn električne izolacije
Paralelno povezivanje otpornika za dijeljenje struje: Kada je više dioda spojeno paralelno, otpornik za dijeljenje struje niskog otpora (kao što je 0,1 Ω) bi trebao biti povezan serijski na svaku diodu kako bi se izbjegla neravnomjerna raspodjela struje zbog razlika u padu napona naprijed. Određeni projekat balansiranja baterija za skladištenje energije smanjio je strujno odstupanje paralelnih dioda sa 30% na unutar 5% kroz ovaj dizajn.
Reverzna zaštitna dioda: Spajanje reverznih dioda paralelno na oba kraja glavne diode može spriječiti da se glavna dioda pokvari kada je obrnuti napon previsok. Na primjer, određeni projekt modula za punjenje električnih vozila usvaja ovu šemu, što skraćuje vrijeme odziva zaštite od prenapona na 10ns.
3, Kontrola okoline: Izolacija mikrookruženja i optimizacija ventilacije
1. Povećanje nivoa zaštite
Standard IP zaštite: Odaberite opremu sa IP65 (otporan na prašinu i vodu) ili IP67 (vodootporan) ocjenom na osnovu vlažnosti okoline. Određeni projekat platforme za bušenje na moru koristi IP67 zaštitne diodne module, koji nisu iskusili koroziju nakon kontinuiranog rada u okruženju slanog spreja 3 godine.
Integracija kontrolnog ormara: Postavite diodni modul u zatvoreni upravljački ormar i instalirajte klima uređaj ili izmjenjivače topline za regulaciju temperature i vlažnosti. Na primjer, projekat UPS-a u podatkovnom centru koristi upravljački ormar za održavanje unutrašnje temperature ispod 40 stepeni i vlažnosti unutar 50% relativne vlažnosti, čime se produžava vijek trajanja dioda za 40%.
2. Optimizacija ventilacionog sistema
Dizajn prinudnog hlađenja: U aplikacijama s intenzivnom snagom, ventilatori se koriste za prisilnu ventilaciju. Određeni projekat fotonaponskog invertera optimizovao je dizajn vazdušnog kanala kako bi se povećala brzina strujanja vazduha oko diode na 3m/s i smanjila temperatura spoja za 20 stepeni.
Poboljšanje prirodne konvekcije: U scenarijima male-snage, povećanje razmaka ili ugla nagiba rebara hladnjaka može poboljšati efikasnost prirodne konvekcije. Testovi su pokazali da povećanje razmaka između rebara sa 2 mm na 5 mm poboljšava efikasnost odvođenja toplote za 15%.
4, Monitoring i zaštita: Povratne informacije u realnom vremenu i aktivna intervencija
1. Sistem za praćenje temperature
Integracija termistora: Instalirajte NTC termistor blizu diode da nadgledate temperaturu spoja u realnom-vremenu. Određeni projekat sistema upravljanja baterijama za skladištenje energije, kroz ovu šemu, automatski pokreće zaštitu od ograničenja struje kada temperatura spoja pređe 125 stepeni kako bi se izbegao toplotni beg.
Tehnologija infracrvenog mjerenja temperature: korištenje infracrvenih senzora za be-beskontaktno praćenje površinske temperature dioda. Na primjer, projekt pretvarača energije vjetra postiže preciznu kontrolu greške u temperaturi spoja ± 2 stepena kroz infracrveno mjerenje temperature.
2. Zaštitni mehanizam od preopterećenja
Prigušivač prolaznog napona (TVS): TVS dioda je spojena paralelno na ulaz diode za suzbijanje udara groma ili prebacivanja prenapona. Određeni projekat fotonaponskog niza je poboljšao svoju sposobnost otpornosti na prenapon sa 1kV na 6kV kroz ovaj dizajn.
Softverski algoritam za ograničavanje struje: U digitalnim kontrolnim sistemima, struja diode se dinamički prilagođava putem algoritama. Na primjer, određeni projekt stanice za punjenje električnih vozila usvaja PID kontrolu ograničavanja struje kako bi se skratilo vrijeme odziva preopterećenja na 50 ms.
5, Studija slučaja: Praksa zaštite vjetroelektrana na moru
Određeni projekat vjetroelektrane na moru nalazi se u suptropskim vodama sa temperaturom okoline od 45 stepeni i vlažnošću od 90% relativne vlažnosti. U originalnom dizajnu korištene su obične silikonske{3}}diode, a stopa kvara nakon godinu dana rada iznosila je čak 12%. Plan poboljšanja uključuje:

Nadogradnja uređaja: zamijenjena SiC diodom, nivo temperaturne otpornosti povećan na 175 stepeni;
Poboljšanje odvođenja toplote: Usvajanjem DFN pakovanja i ugradnjom bakrenih hladnjaka, temperatura spoja je smanjena sa 150 stepeni na 110 stepeni;
Izolacija okoline: Postavite diodni modul u IP67 zaštićeni upravljački ormar i instalirajte uređaj za odvlaživanje;
Nadzor i zaštita: Integrisani termistor i TVS dioda za postizanje dvostruke zaštite temperature i napona.
Nakon poboljšanja, sistem je radio neprekidno 3 godine bez ikakvih kvarova dioda, uz povećanje godišnje proizvodnje električne energije od 8% i smanjenje troškova održavanja za 60%.