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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
خرید آی جی بی تی IGBT
شرکت بازرگانی راد الکتریک بین الملل یاران، نماینده igbt سمیکرون، آی جی بی تی IXYS و igbt فوجی میباشد. و امکان خرید IGBT و سفارش انواع آی جی بی تی را برای تمام مشتریان فراهم میسازد. این آی جی بی تی ها در مدلهای IGBT تکی، IGBT دوبل، IGBT شش تایی و IGBT هفت تایی تولید شده اند. و امکان فروش IGBT توسط این شرکت با قیمت آی جی بی تی مناسب عرضه میشود.