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功率器件的設計規則

眾所周知,大多數電子設備的可靠性都受溫度影響。人們通常使用設計規則來比較故障率的數字北京赛车-首页_Welcome,其中一條設計規則顯示組件在65℃以下的環境下工作時,溫度每上升10℃北京赛车-首页_Welcome,故障率便增加一倍。這個常用的規則是基于以下的假定:用作比較的產品是用類似的設計和制造原理制作的北京赛车-首页_Welcome,而組件是在相近的條件下工作(例如,在指定的外圍環境下,芯片的溫度也相同)。實際上,不同的設計條件會對模塊的整體性能及可靠性造成影響。文章來源:http://www.anonymousjuice.com/sr/248.html
    根據另一個設計規則,如果組件是在其額定最高結溫(Tjmax)的70% -80%下工作,將享有很高的可靠性北京赛车-首页_Welcome。對半導體來說,Tjmax通常保證為+150℃或+175℃北京赛车-首页_Welcome。根據這些數字,半導體器件的結溫應該分別維持往低于+120℃和+135℃的水平北京赛车-首页_Welcome。按照這個設計規則保持結溫處于較低水平,將可大大地提高整個系統的可靠性。
功率器件制造商通過內部測試為功率器件制定了熱指針或者降額曲線。這些測試通常是用風洞系統協助進行的,以確定在不同對流條件下功率器件的熱性能北京赛车-首页_Welcome。功率器件制造商都是按照自己的內部標準進行測試,而這些標準往往受到現有的測試設備北京赛车-首页_Welcome、測試費用以及許多其他因素的影響。這些變量意味著功率器件的降額曲線會造成誤導,設計人員應當考慮到這些內部測試的結果對設計帶來的影響北京赛车-首页_Welcome。
1)降額曲線北京赛车-首页_Welcome北京赛车-首页_Welcome。風洞有多種不同的形狀和尺寸,加上功率器件可以放置在風洞的不同位置,這些都會影響測試結果。如究竟是風洞強迫空氣流過功率器件還是空氣可自由流過功率器件的四周,若氣流系統龐大,則足以讓氣流在功率器件的四周流動。這與漏斗式風洞不同。漏斗式風洞強迫空氣直接吹到功率器件上面。由于大多數的應用并不是采用漏斗式風洞或強迫式氣流,因此非漏斗式測試程序將可得到最穩健的結果北京赛车-首页_Welcome。
    氣流的測量也是很重要的北京赛车-首页_Welcome。應利用熱線風速表直接測量功率器件前的氣流,以保證流量的準確度。氣流系統利用層流是比較保守穩健的方法北京赛车-首页_Welcome,會獲得較佳的測試結果北京赛车-首页_Welcome。降額曲線是在最壞的方向上進行,確保在任何方向上功率器件的操作都不受影響北京赛车-首页_Welcome。
    在測試過程中溫度穩定的時間越長北京赛车-首页_Welcome,測量的結果越準確北京赛车-首页_Welcome;谶@個方法北京赛车-首页_Welcome,測量結果足以保證溫度的穩定性。雖然實際測試的時間會長一些,而準確性是預備熱降額曲線最重要的一環北京赛车-首页_Welcome。為了確保對系統運作及可靠性起著關鍵作用的組件獲得最佳性能,在特殊應用的系統中要對功率器件的測試進行個別比較北京赛车-首页_Welcome北京赛车-首页_Welcome。
2)發熱圖像。確定熱性能的另一個方法就是利用發熱圖像北京赛车-首页_Welcome,即使用紅外攝影機來測量溫度北京赛车-首页_Welcome。這對于確定正確的溫度非常有效,但是設計人員必須深入研究有關功章器件的方向、氣流的類型.穩定時間的長短等。比較熱數據的最佳方法,是將不同的功率器件并排起來作紅外掃描(包括不同方向和測試板)。
    在比較功率器件的可靠性指標時,首先要明了這些指標是在什么假定條件和情況下得到的?煽啃耘c熱性能及工作溫度的關系十分密切。工作溫度每上升10℃,故障率就增大一倍。在典型的系統中,MTBF(無故障平均工作時間)的計算是非常有意義的北京赛车-首页_Welcome,但由于受到機柜內其他組件所產生的熱量的影響,功率器件附近空氣的溫度一般在55℃左右北京赛车-首页_Welcome。這就需要在設計中選用的功率器件必須能夠在溫度上升時提供最高效率,需要最少的散熱北京赛车-首页_Welcome,在底板(基板)中溫度上升的幅度最少。
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