Com protegir els díodes en equips d'energia d'alta temperatura i alta humitat?

一, selecció de material: adequat per a dispositius resistents a la humitat, la calor i les altes temperatures
1. Optimització dels materials d'embalatge
En entorns d'alta temperatura i alta humitat, els envasos tradicionals de resina epoxi són propensos a la delaminació o l'efecte de crispetes de blat de moro a causa de la infiltració de vapor d'aigua. Els díodes de grau industrial estan empaquetats en silicona o ceràmica, cosa que pot millorar significativament la seva resistència a la humitat i la calor. Per exemple, un determinat projecte d'inversor fotovoltaic va seleccionar díodes Schottky encapsulats de ceràmica. Després d'un funcionament continu durant 1000 hores a la prova de doble 85 (85 graus / 85% HR), no hi va haver cap fenomen de delaminació dins del paquet, mentre que els dispositius encapsulats amb resina epoxi normal van explotar després de 500 hores.

2. Actualització del procés de xip
Per a entorns d'alta-temperatura, s'han de seleccionar xips amb característiques de corrent de fuga baixes. Per exemple, l'ús de díodes de carbur de silici (SiC) pot reduir significativament el corrent de fuga inversa a altes temperatures. Les proves comparatives d'un determinat projecte de convertidor d'energia eòlica marina mostren que a una temperatura d'unió de 125 graus, el corrent de fuga inversa dels díodes de SiC es redueix un 80% en comparació amb els díodes basats en silici-, i l'eficiència del sistema es millora un 2,3%.

3. Principis de disseny de desclassificació
En escenaris d'alta-temperatura, els díodes s'han de reduir en funció de la seva temperatura de funcionament real. Per exemple, si la tensió inversa nominal del dispositiu és de 60 V, es recomana triar un nivell de tensió de resistència de 100 V o superior a 85 graus per reservar un marge de seguretat. Un determinat projecte de sistema d'emmagatzematge d'energia va reduir la taxa de fallada del dispositiu del 5% al ​​0,3% augmentant el nivell de tensió de suport dels díodes de 60V a 100V.

2, Disseny estructural: Gestió tèrmica i protecció d'aïllament
1. Enfortir l'estructura de dissipació de calor
Expansió de làmina de coure: en el disseny de PCB, augmentar l'àrea de làmina de coure millora la conducció de calor. Un determinat projecte de controlador fotovoltaic va ampliar l'àrea de làmina de coure sota el díode de 10 mm² a 50 mm², reduint la temperatura de la unió en 15 graus.
Disipador de calor integrat: els paquets d'alta eficiència de dissipació de calor com ara DFN i TO-220 s'utilitzen juntament amb els dissipadors de calor. Per exemple, un determinat projecte de SAI industrial utilitza díodes empaquetats TO-220 i instal·la dissipadors de calor d'alumini per controlar la temperatura de la unió dins dels 120 graus durant el funcionament de càrrega completa.
Aplicació de coixinet tèrmic: omplir greix tèrmic o coixinet tèrmic entre el díode i el dissipador de calor pot reduir la resistència tèrmica de contacte. Les proves han demostrat que l'ús d'un coixinet tèrmic de silicona de 0,5 mm de gruix pot reduir la resistència tèrmica de 2 graus /W a 0,8 graus /W.
2. Disseny d'aïllament elèctric
Connexió en paral·lel de resistències de compartició de corrent: quan es connecten diversos díodes en paral·lel, s'ha de connectar una resistència de compartició de corrent de baixa resistència (com ara 0,1 Ω) en sèrie a cada díode per evitar una distribució desigual de corrent a causa de les diferències en la caiguda de tensió directa. Un determinat projecte de circuit d'equilibri de la bateria d'emmagatzematge d'energia ha reduït la desviació actual dels díodes paral·lels del 30% al 5% mitjançant aquest disseny.
Díode de protecció inversa: connectar els díodes inversos en paral·lel als dos extrems del díode principal pot evitar que el díode principal es trenqui quan la tensió inversa és massa alta. Per exemple, un determinat projecte de mòdul de càrrega de vehicles elèctrics adopta aquest esquema, que redueix el temps de resposta de la protecció contra sobretensió inversa a 10 ns.
3, Control ambiental: aïllament del microentorn i optimització de la ventilació
1. Millora del nivell de protecció
Estàndard de protecció IP: seleccioneu equips amb una classificació IP65 (resistent a la pols i a l'aigua) o IP67 (impermeable) en funció de la humitat ambiental. Un determinat projecte de plataforma de perforació a alta mar utilitza mòduls de díodes de protecció IP67, que no han experimentat corrosió després d'un funcionament continu en un entorn de polvorització de sal durant 3 anys.
Integració de l'armari de control: col·loqueu el mòdul de díode en un armari de control segellat i instal·leu aire condicionat o intercanviadors de calor per regular la temperatura i la humitat. Per exemple, un projecte de SAI en un centre de dades utilitza un armari de control per mantenir la temperatura interna per sota dels 40 graus i la humitat dins del 50% d'HR, allargant així la vida útil dels díodes en un 40%.
2. Optimització del sistema de ventilació
Disseny de refrigeració per aire forçat: en aplicacions intensives d'energia, els ventiladors s'utilitzen per a la ventilació forçada. Un determinat projecte d'inversor fotovoltaic va optimitzar el disseny del conducte d'aire per augmentar la velocitat del flux d'aire al voltant del díode a 3 m/s i reduir la temperatura de la unió en 20 graus.
Millora de la convecció natural: en escenaris de baixa-potència, augmentar l'espaiat o l'angle d'inclinació de les aletes del dissipador de calor pot millorar l'eficiència de la convecció natural. Les proves han demostrat que augmentar l'espai entre les aletes de 2 mm a 5 mm millora l'eficiència de dissipació de calor en un 15%.
4, Monitorització i protecció: retroalimentació en temps real i intervenció activa
1. Sistema de control de temperatura
Integració del termistor: instal·leu un termistor NTC a prop del díode per controlar la temperatura de la unió en -temps real. Un determinat projecte de sistema de gestió de bateries d'emmagatzematge d'energia, mitjançant aquest esquema, activa automàticament la protecció limitadora de corrent quan la temperatura de la unió supera els 125 graus per evitar la fugida tèrmica.
Tecnologia de mesura de la temperatura per infrarojos: utilitzant sensors d'infrarojos per controlar sense-contacte la temperatura superficial dels díodes. Per exemple, un projecte d'inversor d'energia eòlica aconsegueix un control precís de l'error de temperatura de la unió ± 2 graus mitjançant la mesura de la temperatura infraroja.
2. Mecanisme de protecció contra sobrecàrregues
Supressor de tensió transitòria (TVS): un díode TVS està connectat en paral·lel a l'entrada del díode per suprimir els llamps o canviar sobretensions. Un determinat projecte de matriu fotovoltaica ha millorat la seva capacitat de suport a la sobretensió d'1 kV a 6 kV mitjançant aquest disseny.
Algorisme de limitació de corrent de programari: en els sistemes de control digital, el corrent del díode s'ajusta dinàmicament mitjançant algorismes. Per exemple, un determinat projecte d'estació de càrrega de vehicles elèctrics adopta un control de limitació de corrent PID per escurçar el temps de resposta a la sobrecàrrega a 50 ms.
5, Cas pràctic: pràctica de protecció dels convertidors d'energia eòlica marina
Un determinat projecte d'energia eòlica marina es troba en aigües subtropicals amb una temperatura ambient de 45 graus i una humitat del 90% d'HR. El disseny original utilitzava díodes basats en silici-normals i la taxa de fallades després d'un any de funcionament era tan alta com el 12%. El pla de millora inclou:

Actualització del dispositiu: substituït per díode SiC, el nivell de resistència a la temperatura augmenta a 175 graus;
Millora de la dissipació de calor: adoptant l'embalatge DFN i instal·lant dissipadors de calor de coure, la temperatura de la unió es redueix de 150 graus a 110 graus;
Aïllament ambiental: col·loqueu el mòdul de díode en un armari de control protegit amb IP67 i instal·leu un dispositiu de deshumidificació;
Monitorització i protecció: termistor integrat i díode TVS per aconseguir una doble protecció de temperatura i tensió.
Després de la millora, el sistema ha estat funcionant ininterrompudament durant 3 anys sense cap fallada de díodes, amb un augment del 8% en la generació d'energia anual i una reducció del 60% dels costos de manteniment.