الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۹۰
کد مقاله
ELC190
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تکنیک جدید برای اندازه گیری دمای پیوند استاتیک و گذرا در ابزاره های ترانزیستور دو قطبی گیت عایق (IGBT) تحت شرایط عملیاتی
نام انگلیسی
New Technique for the Measurement of the Static and of the Transient Junction Temperature in IGBT Devices under Operating Conditions
تعداد صفحه به فارسی
۲۲
تعداد صفحه به انگلیسی
۶
کلمات کلیدی به فارسی
ابزاره های ترانزیستور دو قطبی گیت عایق
کلمات کلیدی به انگلیسی
IGBT
مرجع به فارسی
میکروالکترونیک و پایایی
لابراتوار سیستم های یکپارچه، زوریخ، سوئیس
لابراتوار تحقیقات الکترونیک و قدرت Semeac، فرانسه
الزویر
مرجع به انگلیسی
Microelectronics Reliability; ETH Zurich, Integrated Systems Laboratory, Zurich, Switzerland; ALSTOM-Power Electronics Associated Research Laboratory, Semeac, France; Elsevier
کشور
فرانسه – سوئیس
تکنیک جدید برای اندازه گیری دمای پیوند استاتیک و گذرا در ابزاره های ترانزیستور دو قطبی گیت عایق (IGBT) تحت شرایط عملیاتی
چکیده
در این مقاله یک تکنیک جدید ارائه می شود که از dIce/dt و ویژگی ترارسانایی به عنوان یک پارامتر گرمایی ـ حساس برای اندازه گیری میانگین دمای پیوند استاتیک و گذرا در ابزاره های IGBT استفاده می نماید. این مقاله تشریح کننده فیزیک تولید سیگنال است. با توجه به این موضوع یک سری از ویژگی های آزمایشی در این مبحث ارائه شده و متعاقباً دقت و تناسب چنین تکنیکی تحت شرایط عملیاتی ابزاره ها مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.
۱- مقدمه
دمای پیوند آنی Tj تحت شرایط سوئیچینگ سخت یکی از مرتبط ترین پارامترهای فیزیکی برای طراحی ابزاره های IGBT پایا و سیستم های مرتبط می باشد. به واسطه این حقیقت که آنها به طور اساسی به عنوان تکنیک های شبه استاتیک به شمار می آیند، روش های بکار گرفته شده امروزی جهت تعیین دمای آنی پیوند در ابزاره های قدرت را نمی توان در اینورترهای مرتبط با این رشته بکار گرفت. چنین موردی همچنان به عنوان یک محدودیت اصلی در ارتباط با کاربرد آنی Tj، به عنوان یک پارامتر کنترلی محتمل به منظور مشخص سازی تطبیق پذیری نقطه کار ابزاره های قدرت در داخل نواحی عملیاتی به صورت ایمن و مطمئن، به شمار می آید.
در این مقاله، ما نسبت به ارائه یک تکنیک جدید اقدام می نماییم که قابلیت برآورد Tj تحت شرایط عملیاتی حقیقی را داشته و به علاوه می تواند نسبت به تعیین امپدانس حرارتی ابزاره ها با توجه به پالس های قدرت بسیار کوتاه نیز اقدام نماید. این تکنیک عمدتاً بر مبنای dIce/dt به عنوان یک پارامتر حساس حرارتی بکار گرفته شده است.
پس از بررسی زمینه فیزیکی، تکنیک پیشنهادی جهت اندازه گیری دمای پیوند آنی در ماژول های IGBT3.3 kV 1200 A بکار گرفته می شود.
اندازه گیری دمای پیوند استاتیک گذرا ترانزیستور دو قطبی گیت عایق
۲- سابقه فیزیکی
تکنیک کنونی بر مبنای این فرضیه ساده می باشد که در یک Vce ثابت، تغییر آنی Ice در تناسب با تغییر آنی Vge می باشد و ضریب تناسب بر حسب ویژگی ترارسانایی Gm(Vge) مشخص می شود:
۳- ویژگی های تجربی
۳ـ۱٫ رویه های آزمایشی
ماژول قدرت تحت بررسی شامل ۲۴ IGBT و ۱۲ دیود هرزگرد می باشد که در ۶ سوبسترا یا زیرلایه مسی با قابلیت اتصال مستقیم مس (DBC) توزیع شده اند و بر روی یک صفحه پایه ضخیم مسی لحیم شده اند. دینامیک اندازه گیری ها با توجه به ویژگی های ارائه شده در شکل ۲ مدنظر می باشد که در آن به درستی قابلیت شبیه سازی عملکرد کانورتر یا مبدل با استفاده از بار القایی کلمپ شده حاصل خواهد شد.
بخش تحتانی IGBT S1 برای دو بار سوئیچ می شود. اولین پالس جهت افزایش جریان القاگر به مقدار مطلوب آزمایشی و در عین حال گرم کردن پیوند بکار گرفته می شود که عمدتاً بر حسب تلفات سوئیچینگ در حالت خاموش می باشد. متعاقباً پس از یک زمان تأخیر tOFF، که در طی آن پیوند مربوطه خنک می شود، یک پالس روشن اعمال شده و dIce/dt اندازه گیری می شود.
۳ـ۲٫ نتایج
شکل ۴ نشان دهنده آن است که dIce/dt همچنین وابسته به Vce است و بنابراین صرفاً وابسته به Gm و dVge/dt همانگونه که برای حفظ سادگی در معادله ۳ نشان داده شده است به شمار نمی آید. افزایش dIce/dt با توجه به Vce به واسطه دو دلیل اصلی است. دلیل اول مرتبط با کوتاه سازی طول کانال MOS در IGBT با توجه به افزایش Vce است. دلیل دوم به افزایش گین جریان (αpnp) با در نظرگیری افزایش Vce به واسطه مدولاسیون پهنای پایه اشاره دارد [۲].
اندازه گیری دمای پیوند استاتیک گذرا ترانزیستور دو قطبی گیت عایق
۴- مباحث
۴ـ۱٫ انتخاب نقطه کاری
احتمالاً، dIce/dt را می توان در ناحیه ۱ یا ۲ شکل ۵ اندازه گیری نمود، اما در هر مورد لازم است تا قبل از ریکاوری معکوس دیود این عمل صورت گیرد. مزیت اولیه نقطه کاری آن است که، دقیقاً قبل از روشن شدن کامل ابزار، دمای پیوند را می توان برابر با کلیه IGBT های موازی شده در نظر گرفت. چنین موردی مخصوصاً در صورتی درست خواهد بود که tOFF به اندازه کافی طولانی و جریان نشتی به مقدار کافی اندک باشد تا از حالت خود گرمایی ابزاره جلوگیری نماید. در طرف مقابل، عدم ترازهای الکتروگرمایی بین ابزاره های موازی غالباً در حالت خاموش شدگی محتمل خواهد بود.
مزیت دوم آن است که در طی فاز روشن شدن، Vce به طور الزامی به صورت ثابت می باشد آن هم تا نقطه ای که جریان به مقدار اسمی خود می رسد (یعنی جریان مستقیم دیود به صفر تنزل داشته باشد). انحراف از این فرض ایده آل صرفاً ممکن است به واسطه اندوکتانس پراکندگی لوپ شکل گرفته به واسطه خازن باس، دیود موازی ـ معکوس (D2) و سوئیچ (S1) باشد، که عمدتاً با توجه به وجود آنها، به مجرد اتصال، سبب کاهش اندک افت ولتاژ در ابزاره خواهد شد. اندوکتانس لوپ عمدتاً بر روی مشخصه های نشان داده شده در شکل ۴ تأثیر دارد که سبب پاسخ dIce/dt به عنوان یک تابع Vce می گردد که خود منوط به طراحی سیستم خواهد بود. به واسطه این حقیقت که چنین تأثیری وابسته به دما نمی باشد، قابلیت اصلاح آسان آن از طریق ارائه یک راهکار کالیبراسیون مناسب وجود خواهد داشت.
۴ـ۲٫ انتخاب سطح جریان
در طی کار اینورتر، دامنه جریان کلکتور IGBTs بر مبنای طرح مدولاسیون از پیش تعریف شده کنترل می شود [۴]. با این وجود مقدار dIce/dt همچنین منوط به سطح جریان اسمی سوئیچ شده خواهد بود. بنابراین، در اصول لازم است تا قابلیت مرتبط نمودن برآوردها بر حسب مقدار جریان اسمی مشابه بکار گرفته شده برای کالیبراسیون را داشته باشیم. چنین موردی را می توان به طور مثال از طریق نظارت مناسب شرایط بار حاصل آورد.
بدترین حالت به هنگامی رخ خواهد داد که جریان سوئیچینگ مساوی با پیک جریان فاز خروجی گردد. در حقیقت، هر چه که جریان به هنگام سوئیچینگ بیشتر باشد، تلفات سوئیچینگ نیز بیشتر خواهد بود، که خود سبب ایجاد یک حالت خود حرارتی ابزاره در طی بازه های اندازه گیری می شود. به علاوه، برآورد dIce/dt در سطوح جریان بالا نیازمند کاربرد تجهیزات مناسب با پهنای باند وسیعتر می باشد. بنابراین، یک رابطه متقابل را می توان برای نقطه کاری بهینه در نظر گرفت که خود به حساب آورنده دو مؤلفه حساسیت سیستم آزمایشی و پهنای باند خواهد بود.
۴ـ۳٫ حساسیت dIce/dtدر برابر گوناگونی پارامتر
شکل ۷ نشان دهنده حساسیت dIce/dt در ارتباط با گوناگونی ولتاژ باس می باشد. متغیر آخری به مقدار اسمی ۱۸۰۰ V نرمالیده گردیده، با توجه به آنکه متغیر اولی متناظر با مقدار dIce/dt در جریان اسمی۱۲۰۰ A گردد. همانگونه که می توان مشاهده نمود dIce/dt قابلیت کاهش بر حسب درصد یکسان همانند ولتاژ باس را خواهد داشت. بنابراین، گوناگونی ولتاژ باس می تواند منجر به خطای خواندن dIce/dt شود. با این وجود، به هنگامی که مقدار آنی ولتاژ باس شناخته شد، خطا را می توان از طریق رجوع به dIce/dt اندازه گیری شده با توجه به شرایط کالیبراسیون شکل ۷ اصلاح کرد.
۴ـ۴٫ اعتبارسنجی تکنیک
تکنیک پیشنهادی با استفاده از مقایسه برآوردها با دمای پیوند گذرا، شبیه سازی شده با یک مدل متراکم الکتروحرارتی دقیق، مورد ارزیابی و اعتبارسنجی قرار گرفت. راهکارهای دقیقتر برای استخراج امپدانس حرارتی در سطح ماژول در مرجع [۵] مورد بررسی قرار گرفته اند.
در برآورد پالس دوبل نشان داده شده در شکل ۸، زمان تأخیر tOFF از ۲۰ الی ۳۵۰ میکرومتر متغیر می باشد. با وجود حاصل آوردن آنها، برآوردهای دمایی برای tOFF زیر ۲۰ میکرومتر ارائه نشده اند چرا که در این زمان محدوده داده ها تحت تأثیر دنباله جریان رخداد خاموش شدگی قبلی می باشند. این شبیه سازی پیش بینی کننده این موضوع می باشد که مقدار پیک دمای پیوند لحظه ای پس از خاموش شدگی حاصل می شود که علت آن را می توان اتلاف مرتبط با جریان دنباله ای در نظر داشت. پس از حدود ۲۰ میکرومتر، دمای پیوند کاهش می یابد. شکل ۸ نشان دهنده گوناگونی دینامیکی دمایی می باشد که با دقت ۵K باز تولید شده است.
اندازه گیری دمای پیوند استاتیک گذرا ترانزیستور دو قطبی گیت عایق
۵- نتیجه گیری
در این مقاله یک تکنیک جدید ارائه شده است که از dIce/dt برای برآورد دمای پیوند گذرا استفاده نموده است و احتمالاً برای استخراج امپدانس حرارتی ابزاره های IGBT نیز مناسب می باشد.
امکان پذیری برآوردها در ابزاره هایی که در بازه های حقیقی عمل می نمایند در این مبحث مورد بررسی قرار گرفته است. پیشنهاداتی در خصوص راهکارهای عملی جهت برآورد جریان در مرجع [۶] ارائه شده است. اصول فیزیکی روش مورد نظر به طور کلی از طریق رویه های آزمایشی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است که دارای توافق ممتازی با داده های شبیه سازی می باشد. محدودیت ها و ضروریات پهنای باند راه حل بررسی شده نیز مورد بحث قرار گرفته اند. چندین رویکرد جهت پیاده سازی این تکنیک همراه با یک رویه کالیبراسیون عملی نیز مشخص گردیده اند.
در تحقیقات آتی، مفهوم پیشنهادی را می توان برای ابزاره های MOSFET گسترش داد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
