DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 24.07.2008

Материалы

загрузка...

Методы и технические средства определения параметров и характеристик силовых полупроводниковых приборов для группового соединения

Ильин Михаил Владимирович, 24.07.2008

 

3. Расчетный этап. На этом этапе вычисляются следующие величины:

1) ТКН при протекании тока It1:

2) температура кристалла Tj в момент t1:

3) значение ТКН при протекании тока It2:

4) переходное тепловое сопротивление переход-корпус на промежутке t0 –

5) средняя мощность потерь в процессе нагрева:

где m – количество импульсов греющего тока;

6) средняя мощность потерь на интервале t0 – t2:

Далее по полученной информации в процессе испытания рассчитываются дискретные значения характеристики Zthjc после каждого j-го импульса греющего тока на интервале времени t1 – t2:

, которое в установившемся режиме равно величине Rthjc:

на интервале времени t1 – t2:

где m – количество греющих импульсов.

На основе моделирования характеристики Zthjc на электротепловой модели диода Д151-200 было проведено сравнение методической погрешности ?S определения теплового сопротивления Rthjc стандартным методом и разработанным методом. Результаты расчётов представлены на рис. 6.

Результаты исследования показали существенное увеличение погрешности определения Rthjc от величины Rthca стандартным методом и независимость её от теплоёмкости охладителя Ch. Разработанный метод показал независимость погрешности определения Rthjc от Rthca и существенное её снижение при увеличении Ch.

На основе предложенного способа разработан испытательно-измерительный комплекс аппаратуры, базирующийся на применении ПЭВМ и аппаратных средств и программы LabView компании National Instruments.

В четвёртой главе проведены экспериментальные исследования вариации величин тепловых и электрических параметров и характеристик серийных СПП, разработаны электротепловые модели реальных СПП при групповом соединении. Осуществлено моделирование и исследование электротепловых процессов в реальных СПП с различными величинами параметров электротепловых характеристик при параллельном групповом соединении во времени. С целью выявления потенциально ненадёжных приборов предложен метод отбраковки СПП по величине предельного тока IF(Т)AVm. Предложен метод подбора СПП для групповых соединений.

Экспериментальные исследования показывают значительную вариацию величин тепловых и электрических параметров и характеристик серийных диодов, что свидетельствует о нестабильности процесса производства исследуемых приборов. При этом по величине предельного прямого тока IFAVm только 30% приборов соответствуют объявленной типовой паспортной величине. Это свидетельствует также об относительно низком качестве контроля приборов при производстве и о невозможности надёжной эксплуатации этих приборов без проведения процесса тщательной отбраковки и подбора.

Разработана обобщенная электротепловая модель реальных СПП. Информационной основой модели является измерительная информация, получаемая с помощью разработанного испытательно-измерительного комплекса аппаратуры. При этом входной информацией для электрической модели являются следующие характеристики реальных СПП:

1) ВАХ СПП при начальной температуре полупроводниковой температуры Tj0;

2) зависимости ТКН от тока в состоянии высокой проводимости ТКН(Ihc).

На основе этих двух характеристик восстанавливается ВАХ для любой температуры полупроводниковой структуры, напряжение на которой в состоянии высокой проводимости определяется по формуле:

Для тепловой модели входной информацией является величина теплового сопротивления Rthjc конкретного прибора. Разработанная обобщенная тепловая модель СПП описывается системой дифференциальных уравнений на основе законов Кирхгофа:

Решением этой системы уравнений относительно uCn(t) является временная зависимость Tj(t).

Исследованы электротепловые процессы в силовых диодах при основных видах групповых соединений. Исследования показали, что для обеспечения надёжного функционирования СПП при групповых соединениях необходимо осуществлять подбор приборов в группы с обязательным учётом взаимосвязи электрических и тепловых параметров СПП.

Предложен новый метод отбраковки и подбора СПП для групповых соединений. Метод основывается на реализации четырёх этапов.

Первый этап. На этом этапе осуществляются испытание выборки приборов, предназначенных для группового соединения, измерение и определение величин электрических и тепловых параметров и характеристик каждого прибора, а также характеристик их взаимосвязи.

Второй этап. На данном этапе первоначально отбраковываются приборы с заниженными значениями IF(T)AVm, затем осуществляется сортировка приборов по группам, в которых группируются приборы с заданным диапазоном значений определенных параметров, таких как U(TO) и Rthjc.

Третий этап. На этом этапе, на базе обобщенной электротепловой модели реальных СПП, сформированных в группу, производится моделирование электротепловых процессов в них во времени.

Четвёртый этап. На данном этапе на основе полученной информации принимается решение о возможности надёжного функционирования исследуемой группы приборов. Условием принятия решения является отсутствие в группе приборов, максимальная температура полупроводниковых структур которых превышает предельно допустимую величину Tjm. В случае невыполнения для данного группового соединения этого условия осуществляется переход к операциям второго этапа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны новые электротепловые модели дискретных силовых диодов и тиристоров различных конструкций, реализованные на основе метода электротепловой аналогии. При этом в моделях учтены параметры систем охлаждения и взаимосвязи электрических и тепловых параметров и характеристик СПП.

2. На базе разработанных электротепловых моделей дискретных СПП предложены модели их групповых соединений.

3. Разработан комплекс методов для определения величин электрических параметров и характеристик СПП в состоянии высокой проводимости и тепловых параметров и характеристик.

4. Разработаны технические средства, позволяющие в ходе одного цикла испытаний определять величины основных электрических параметров ВАХ СПП в состоянии высокой проводимости и их тепловых параметров и характеристик.

5. Разработана обобщённая электротепловая модель реальных СПП на основе их измеренных электротепловых характеристик для исследования групповых соединений приборов.

6. Предложен новый метод отбраковки и подбора СПП для групповых соединений на основе испытаний приборов с помощью разработанных технических средств и моделирования электротепловых процессов в группе СПП во времени.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих печатных работах

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Ильин, М. В. Метод определения тепловых характеристик силовых полупроводниковых приборов // Н. Н. Беспалов, Ю. М. Голембиовский, М. В. Ильин // Вестник Саратовского государственного технического университета, 2007, № 2 (24). Вып. 1. – С.88 – 94.