بررسی اثر دما بر IGBT

بررسی اثر دما بر IGBT

بررسی اثر دما بر IGBT

یک روش سودمند برای برآورد دمای محل اتصال ، برای ماژول های IGBT با قدرت بالا ، که از زمان تاخیر خاموش Tdoff  استفاده می‌کند، روش TSEP است.

راد الکتریک بین الملل | فروش خازن، فیوز، انکودر، دیود، تریستور، مقاومت
مقالات مرتبط

روش های استخراج درجه حرارت نقطه اتصال در ماژول ای جی بی تی توان بالا و ولتاژ بالا

رابطه افزایش دما IGBT و خرابی سیستم

از آنجایی که بررسی دمای آی جی بی تی ها IGBT در بالا بردن طول عمر آنها و بهبود در عملکرد آنها نقش به سزایی دارد. تحقیقات نشان داده است که 31٪ از خرابی های سیستم های تبدیل الکترونیک قدرت مربوط به خرابی دستگاه برق است و تقریباً 60٪ خرابی دستگاه به صورت  حرارتی ظاهر می شود. علاوه بر این ، نرخ خرابی برای هر 10 درجه افزایش دما دو برابر می شود که درصد چشمگیری می باشد.

اثر دما روی igbt

در این مقاله ما قصد داریم به روش های چگونگی استخراج درجه حرارت ماژول آی جی بی تی بپردازیم تا با این روش از تلفات حرارتی را به حداقل برسانیم.

نظارت بر دمای محل اتصال یک عامل کلیدی در تجزیه و تحلیل مکانیسم شکست و پیش بینی طول عمر ماژول های IGBT است. نظارت بر دمای محل اتصال یک روش کارآمد برای تحقق کنترل حرارتی فعال برای مبدل های قدرت توان بالا فراهم می کند. از این رو یک روش بالقوه برای تقویت قابلیت اطمینان سیستم است. در نتیجه روشهای تشخیص دمای اتصال به صورت آنلاین هم برای تولیدکنندگان دستگاه و هم کاربران حائز اهمیت می باشد.

روش اندازه گیری دمای IGBT

روش‌های تعیین دمای IGBT

 اندازه گیری دمای اتصال IGBT را می توان با روش های مبتنی بر:

  • تماس نوری
  • تماس فیزیکی
  • اندازه گیری پارامترهای الکتریکی حساس به حرارت (TSEP)

 

تماس نوری

دوربین مادون قرمز نمایانگر روش مبتنی بر تماس نوری است، اما در کاربردهای عملی گران و محدود هستند.

تماس فیزیکی

ترمیستور و ترموسوییچ روشهای معمول و رایج مبتنی بر تماس فیزیکی است و مقرون به صرفه هستند. و به طور گسترده ای در کاربردهای صنعتی از آنها استفاده می شود. اما پاسخ دینامیکی آنها نسبتاً کند است بنابراین نمی تواند نوسانات دمای اتصال پویا را تشخیص دهد.

بنابراین نتیجه گرفته می شود که روش استخراج TSEP امیدوار کننده ترین و عملی ترین روش برای دستیابی به اندازه گیری سریع دمای ماژول های IGBT با قدرت بالا است.

روش  TSEP

در روش TSEP  که مخفف (Thermo-Sensitive electrical parameter ) با بررسی پارامترهای الکتریکی حساس به حرارت ما می توانیم مقدار دما آی جی بی تی را استخراج کنیم.

با استفاده از این روش به عنوان یک سنسور حرارتی ، می تواند بین پارامترهای الکتریکی قابل مشاهده خارجی IGBTها و دمای محل اتصال آنها مکاتبه کند.

نمودار دمای آی جی بی تی

انواع پارامتر روش TSEP

 TSEP ها معمولا به دو نوع پارامتر تقسیم می شوند :

1- پارامترهای استاتیک

2- پارامترهای دینامیکی

 TSEP های استاتیک به عنوان پارامترهای استخراج شده در حالت روشن یا خاموش تعریف می شوند. در حالی که TSEP های دینامیکی در حین انتقال(در بازه ) روشن یا خاموش بودن آی جی بی تی ها استخراج می شوند. در شکل زیر دسته بندی پارامترهایی که در استخراج دمای آی جی بی تی ها به ما کمک می کند نشان داده شده است.

سته بندی پارامترهای استخراج دمای آی جی بی تی

طبقه بندی پارامترهای الکتریکی حساس به حرارت

TSEP های دینامیکی شامل ولتاژ آستانه Vth ، ولتاژ میلر Vgp ، حداکثر شیب ولتاژ dv/dt ، حداکثر شیب جریان di/dt و زمان تاخیر روشن / خاموش (Tdon / Tdoff). از نظر TSEPs پارامترهای  Vth و Vgp ، به دلیل حساسیت کم (حدود چند میلی ولت در هر درجه) نیاز به مدارهای حسگر حساس دارند که  برای استخراج آنلاین در این روش مناسب نیستند و عملا بعید می‌باشد.

این روش بیشتر مبتنی بر پارامتر های دینامیکی IGBT  یعنی turn off delay time , turn on delay time می باشد. که همان لحظه ی تاخیر تا خاموش و روشن شدن آی جی بی تی می باشد. که هر نانو ثانیه از حالت خاموش به روشن و برعکس سوییچ می کند .

 

زمان تاخیر خاموش Tdoff

کل زمان تاخیر خاموش Tdoff را می توان به سه تقسیم کرد.

Δt1 ، Δt2 و Δt3

از آنجایی که مقدار دمای آی جی بی تی TJ   به پارامترهای IL , vdc,  هم بستگی دارد. و این پارامترها در بازه زمانی های Δt1 ، Δt2 و Δt3 متفاوت می باشد. در جدول زیر به مقایسه ی این پارامترها می پردازیم.

زمان تاخیر خاموش Tdoff

در نتیجه، با کاهش جریان  بار( IL )، میزان TJ در تمامی بازه ها افزایش میابد و همچنین با افزایش ولتاژ (vdc، (TJ نیز افزایش می یابد.

نتیجه گیری نهایی :

در این مقاله یک روش استخراج دمای محل اتصال ، برای ماژول های IGBT با قدرت بالا ، که از زمان تاخیر خاموTdoff  استفاده می‌کند، ارائه شده است.

با استفاده از روش استخراج پیشنهادی ، فقط در مدارهای نمونه برداری ولتاژ ، مقایسه کننده ها و مدارهای منطقی استفاده می شود.

با داشتن یک بانک اطلاعاتی از Tdoff  با دمای محل اتصال ، ولتاژ گذرگاه vdc و جریان بار IL ، می توان دمای اتصال IGBT را بصورت آنلاین کنترل کرد. با حساسیت ثابت و خطی خوب ، می توان یه نتیجه گرفت. که زمان Tdoff  یک TSEP عملی برای نظارت بر درجه حرارت محل اتصال عناصر آی جی بی تی ها است. این روش نظارت در صورت استفاده از هر نوع کنترل فعال گیت ممکن است قابل اجرا نباشد.