مزايا استخدام تصميم IPM والأمور التي يجب مراعاتها في الاختيار

Norman Day

مقدمة موجزة

لأن هيكل الدائرة الكهربائية المدفوعة بمحرك واحد أو ثلاث مراحل قد نضج وثبت تمامًا، فقد كان للوحدة الكهربائية المتكاملة التي تضم مفتاح الطاقة والدائرة المشغلة لهذا الجزء تأثيرًا ثوريًا على مفهوم تصميم نظام محول التردد بعد إدخاله. مع نضوج تكنولوجيا تغليف الوحدة وانخفاض سريع في التكلفة، هناك اتجاه نحو استبدال المكونات التقليدية تدريجيًا وأصبحت الرائدة في تصميم النظام. تحمل هذه الوحدة الكهربائية المتكاملة اسمًا ذو سيولة عالية، ويُطلق عليها وحدة الطاقة المتكاملة / الذكية، ويُختصر باسم IPM [1]. للأسف، يعتبر معظم المصممين لا يزالون يعتبرون مثل هذه المكونات صندوقًا أسود. إما أن يتخلوا عنها خوفًا من عدم قدرتهم على فهم المشاكل التي قد تنشأ منها، أو أن يقبلوا تأثير بعض الشركات الرائدة ويشكلوا بعض المفاهيم الواهية. ومع ذلك، لا يعتقد كل من السابق واللاحق أن المصممين يجب أن يتخذوا موقفًا تجاه اتجاه تغليف الطاقة المتكاملة. فقط من خلال اختيار مفهوم التصميم ذو الميزة التنافسية واكتساب ميزات وقيود المكونات المستخدمة بشكل كامل يمكننا التأكد من أنها لن تُلغى من قبل السوق التي تتغير بسرعة.

مزايا استخدام تصميم IPM

من حيث تكلفة مكون واحد، فإن تكامل الطاقة الذكية (IPM) يصعب حقًا المنافسة مع عناصر التعبئة المفصولة الموحدة والمصنعة بالفعل. ومع ذلك، لا يجب أن يكون رؤية المصمم مقتصرة فقط على تصميم المنتج الشامل بتكلفة مادية واحدة، لذا يجب توسيع مستوى النقاش حول هذا الموضوع. هنا، يقسم المؤلف ذلك إلى ثلاثة مستويات: الأداء والموثوقية والسعر لاستكشاف الفروق الناتجة عن استخدام تكامل الطاقة الذكية (IPM) في تصميم النظام.

الأداء:

(1) تقليل بشكل كبير عدد المكونات والمساحة المطلوبة من قبل PCB

(2) توفير حلول ذات عزل عالي وأداء جيد في تبديد الحرارة

(3) تقليل بشكل كبير تعقيد تخطيط الخط

(4) تقليل تأثير التحويل الذاتي للتوصيل البلوري للطاقة ودائرة القيادة

(5) البلورات المدمجة داخليًا لها خصائص كهربائية مماثلة

(6) يمكنها الاستجابة لجميع أنواع الحماية غير الطبيعية في الوقت الحقيقي

فوائد العنصر الأول واضحة. يقدم الشكل (1) بيانات كمية للرجوع إليها. يأتي المزايا الثانية من الفروقات التي توفرها العمليات المختلفة. عند استخدام العنصر المفصول التقليدي كتصميم، لأن المصدر أو المجمع للبلورة الكهربائية الداخلية متصل مباشرة بالغلاف المعدني الخام، من أجل تحقيق تصميم عازل عالي وتوصيل حراري سهل، بالإضافة إلى اختيار حشوة العزل ذات السعر الوحدة العالي، فإنه يجعل عملية الإنتاج معقدة، ومن الصعب التحكم في الشذوذ للمنتج النهائي المجمع، وهو مكلف جدًا

وقت التجميع. تكسر IPM الفكرة السائدة بأن التصميم التقليدي يمكن أن يدير فقط في المشاكل المذكورة أعلاه، وتوفر حلاً حقيقيًا بأداء عزل عالي وتبديد حراري جيد. يقدم الشكل (2) في الشكل الناتج أعلاه هذا الاستنتاج بشكل أكثر تحديدًا.

تُظهر الشكل (3) مخطط تصميم الدائرة باستخدام المكونات التقليدية، ويُظهر الشكل (4) مخطط تصميم الدائرة باستخدام IPM. كلاهما يحقق نفس الوظيفة، ولكن الدائرة التي تم الحصول عليها باستخدام نظام تصميم IPM بسيطة نسبيًا. في الواقع، يسلط مخطط الدائرة في الشكل (IV) أعلاه الضوء بشكل رئيسي على المقارنة المبسطة بين الدائرة الكهربائية والدائرة القيادية. إذا تم عرض نتائج تبسيط الدائرة باستخدام مصدر الطاقة المساعد والعينة الحالية المقابلة لـ IPM أيضًا في الشكل (IV)، فإن الفارق في تبسيط الدائرة سيكون أكبر.

في معايير تصميم الأجزاء التقليدية، كان من دائمًا اتجاه مصممي النظام تقليل التسرب الذاتي في الاتصال بين الخطوط وتقصير الحلقة بين IGBT ودائرة IC للحصول على إجهاد تبديل أقل وتداخل خط أقل. ومع ذلك، باختيار المخطط البياني في الشكل (5) كمثال، فإن اتصال جامع IGBT والمشع له تأثيرات تسربية ذات حجم مختلف. لتقليل هذه التأثيرات، يجب أن يكون المسار بين الحزم التقليدية قصيرًا وسميكًا. لذلك، من الضروري استخدام PCB متعدد الطبقات أو زيادة مساحة PCB لتلبية مثل هذه المتطلبات، يمكن لـ IPM حل هذه التأثيرات الذاتية بشكل جيد على مستوى الحزمة. السبب في ذلك هو أنه بغض النظر عن مدى قرب دائرة IC من مفتاح الطاقة (IGBT أو MOSFET الطاقة) باستخدام تخطيط PCB، فإنه لن يكون أقرب من وضعه مباشرة بجوار مفتاح الطاقة في شكل بلورة عارية. بالمثل، إذا تم توصيل كل مفتاح طاقة مباشرة على الإطار السلكي عن طريق ربط الأسلاك، فإنه سيكون أصغر بكثير من الاتصال من خلال دبوس العنصر التقليدي نفسه ثم من خلال الرقائق النحاسية على PCB.

الميزة المذكورة في البند الخامس هي أن IPM يمكنها حل مشكلة التحكم في التجميع غير الطبيعي التي تحير مصمم النظام على مستوى الوافر.

الشركات اليابانية عادة ما تتبنى موقفًا صارمًا تجاه تجميع النظام. الممارسة هي قياس خصائص كل بلورة طاقة قبل التجميع عبر الإنترنت. خلال الإنتاج والتجميع ، يجب تجميع المكونات ذات الخصائص المماثلة على نفس PCB لتقليل المشاكل المحتملة الناجمة عن انحراف معلمات المكون في النظام أثناء الإنتاج الضخم. على سبيل المثال ، إذا كانت فترة التأخير ووقت الإيقاف للذراع العلوي متوافقة مع المواصفات ، ولكنها قريبة من الحد الأعلى للمواصفات ، بينما تكون خصائص التشغيل للذراع العلوي على النقيض تمامًا ، إذا تمت إضافة التأثير غير الخطي الناتج عن ارتفاع درجة حرارة التشغيل ، فإن احتمالية ربط الذراعين العلوي والسفلي في نفس الوقت أثناء التبديل ستزيد بشكل كبير ، مما يؤدي إلى استهلاك طاقة إضافي. علاوة على ذلك ، كانت الأساس الأصلي لتصميم المشتت الحراري مستندًا إلى افتراض أن قيمة الحرارة لكل بلورة متساوية ، ولكن إذا حدث الافتراض السابق أيضًا على المعلمة V (CE) ، فإن التوزيع غير المتساوي للحرارة قد يسبب مزيدًا من حدوث الهروب الحراري ويؤدي إلى فشل النظام. ولكن في هذه الحالة ، بسبب استثناء التطابق

المشاكل المحتملة التي تسببها إما يتم تجاهلها من قبل المصممين أو يتم إنكارها من قبل الإدارة بسبب تأثيرها على المزايا والتكاليف. حتى إذا كان هناك مثل هذا المفهوم، يمكن للمصمم استخدام هامش تصميم أعلى للتغلب عليه، مثل زيادة الزمن الفاقد وزيادة مساحة المشعات للحصول على درجة حرارة تشغيل أقل، وما إلى ذلك، ولكن الدفع الضروري نسبيًا هو تقليل أداء النظام وزيادة تكلفة المواد. في الواقع، بعد اختبار كل رقاقة، كان سيكون هناك رسم بياني لتوزيع كل بلورة عارية، ولكن ستختفي معلومات هذه السمة التوزيعية كلما تم تعبئة كل بلورة عارية على الرقاقة بشكل to220 أو to247، وكذلك سيتم استخدام دائرة تكامل عالية الجهد لتشغيل بلورة الطاقة. عملية تصنيع IPM تبدأ من الرقاقة بأكملها، لذا يمكنها ضمان تناظر وتطابق خصائص البلورات الثلاثة في نفس الوحدة في مرحلة ربط الرقاقة باستخدام الطريقة التي تكون فيها خصائص البلورات العارية المجاورة هي الأقرب. باستخدام تفكير عملية مختلف، يمكننا حل هذه المشكلة الصعبة بسهولة في التصميم التقليدي.

يأتي نتيجة البند السادس من تحسين البند الرابع. تأتي الجدوى الزمنية للحماية من الفرق في مستوى النانو ثانية حتى. تجنب عطل النظام وتسريع الجدوى الزمنية للحماية غالبًا ما يكون معضلة بالنسبة لمصممي النظام. لذلك، فإن تقليل التسرب في الاندكتانس يمكن أن يقلل ليس فقط من تأخير الإرسال للإشارة الغير طبيعية نفسها، ولكن أيضًا يمكن أن يقلل من ثابت خط المرشح، لذا يمكن تحسين سرعة استجابة الدائرة المتكاملة للإشارة الغير طبيعية. بهذه الطريقة، يمكن أيضًا تقليل معدل الفشل الناتج عن فشل الإشارة الغير طبيعية في الوقت المناسب.

الموثوقية

(1) تقليل الفشل المحتمل للعاملين في الإنتاج نتيجة لعملية التجميع المعقدة بشكل كبير

(2) توفير هيكل أكثر صلابة من التعبئة التقليدية

(3) سيكون للنظام بأكمله معدل فشل أقل

تحسن البند الأول مهم جدا. طريقة تجميع المكونات التقليدية ليست معقدة فحسب، بل تتكرر أيضًا مرارًا وتكرارًا، لذا يحدث بعض الانحرافات في التوجيه، ويفتقد بعضها إلى قفل الجوزة العازلة، ويظهر شق داكن في الكريستال الداخلي، وتتلف الورقة العازلة. من الصعب منع هذه المشاكل. بالإضافة إلى ذلك، قد لا يتم اكتشاف هذه المشاكل الكامنة بشكل فعال. لذلك، إذا كان يجب ربط المكونات الشبه موصلة بشكل متوازي بسبب العلاقة المصنفة، فقد يتغير عدد الكريستالات من ستة إلى اثني عشر أو أكثر، ويكون احتمال حدوث فشل كامن ناتج عن التجميع أكبر. يوضح الشكل (6) الشرح أعلاه بشكل أوضح من خلال الرسم التوضيحي.

بشكل عام، فإن الضغط التصاعدي للمكونات الموزعة من السهل أن يمتد إلى البلورة العارية الداخلية من خلال دبوس بغض النظر عن تأمين البرغي أو طي القدم أو حتى عند نقل المنتج النهائي. يأتي معظم الضغط الميكانيكي الذي تتحمله البلورات العارية من الإجهاد الناتج عن التغيرات الحرارية في الرقاقة الداخلية أو البيئة التشغيلية للحزمة. لذلك، سواء كان مباشرة في مرحلة التجميع أو غير مباشر بسبب الإجهاد الناتج عن صدمة حرارية، توفر IPM حلاً هيكليًا أكثر صلابة من المكونات المفصولة الأصلية.

المُقترح الثالث يعتمد على حقيقة أنه إذا كان معدل فشل IPM مكافئًا لتلك المكونات التقليدية، فمن الضروري استخدام 20 أو 30 مكونًا لتحقيق وضع وظيفي مكافئ. معدل فشل النظام بأكمله عالٍ بشكل طبيعي بكثير من معدل فشل مكون واحد فقط. ومع ذلك، ما إذا كانت أساس هذا الجدارة قابلة للدفاع أم لا ينطوي على مجموعة واسعة من الجوانب. ربما يمكن إنشاء موضوع خاص للنقاش في المستقبل.

التكلفة الإجمالية

(1) تقليل تكلفة الجودة نتيجة زيادة الموثوقية

(2) تقصير وقت تطوير المنتج بشكل كبير للمصممين

(3) تقليل تكلفة حفر مشتت الحرارة ولوحة الدوائر المطبوعة

(4) تقصير ساعات العمل لتجميع وفحص العمالة الإنتاجية

ليس من الصعب توقع المزايا المذكورة أعلاه، ولكن يجب أن تكون النتائج الكمية مستندة إلى الإحصاءات الأكثر تطبيقًا بناءً على إجراءات التطوير وتكاليف الجودة لكل شركة. يعتقد المؤلف أنه على الرغم من أن النتائج قد لا تدعمك للتخلي عن الخطة الناضجة التقليدية واختيار IPM، فإن مثل هذا الإجراء مفيد تمامًا للتفكير في اختيار الخطة ونظام التصميم.

احتياطات لاختيار IPM

على الرغم من وجود العديد من المزايا في استخدام IPM كالتصميم، إلا أن IPM لا يزال ليس سهلاً في الاستيعاب مثل العناصر المفصولة التقليدية من حيث نضج التحقق من السوق وتعقيد العناصر ذاتها، لذا يتم اختيار وحدة IPM

يجب أن يكون تصميم الكتل لا يزال حذرًا للغاية. يمكن أن توفر المناقشة التالية بعض المراجع للمصممين.

اعتبارات موجهة نحو سلسلة التوريد

(1) قدرة الموردين والمصنعين على التحكم في استثناءات العملية

(2) هل هناك حلا بديلًا عندما يكون المورد خارج الخدمة

(3) دعم تقني للموردين وآلية ضمان جودة سلسلة التوريد الشاملة للعملاء

(4) تحسين وإدارة التحكم في ردود فعل طلبات السوق

النظر في تصميم الوحدة

(1) هيكل التغليف

(2) ما إذا كان تخطيط المكونات الداخلية معقولًا

(3) ما إذا كان تصميم الدائرة الم peripherique سهل الفهم

(4) قوة دائرة التحكم وبلورة النصف الموصلة

نظرًا لقيود المساحة، يتناول ما يلي فقط نقاط الجزء ذي الصلة من تصميم الوحدة.

هيكل التغليف

سمات تصميم حزمة الطاقة الجيدة

يجب أن يكون لتصميم حزمة الطاقة الجيدة سمات قوة هيكلية عالية، وعملية تصنيع بسيطة، وعزل عالي، وتوصيل حراري سهل، ومقاومة حرارية منخفضة.

سواء كانت قوة الهيكل عالية أم لا تحدد ما إذا كانت سطح الاتصال للهيكل داخل الوحدة ونظام المواد عرضة للعيوب والفشل تحت ظروف التغير الحراري السريع والاهتزاز الميكانيكي على المدى الطويل.

يظهر العملية البسيطة أن العملية لديها تحكم جيد في الشذوذ، ويمكن اكتشاف العيوب المحتملة في العملية بسهولة.

متطلبات توصيل الحرارة بسهولة هي أنه عندما يولد العنصر الشبه موصل فجأة استهلاك طاقة عالي (مثل القصر الكهربائي أو التبديل غير الطبيعي)، يمكن توصيل الحرارة فورًا، بحيث لا يسبب العنصر الشبه موصل تأثير نقطة الحرارة، مما يؤدي إلى الاحتراق الفوري.

الغرض من المقاومة الحرارية المنخفضة هو تصدير الحرارة بعد أن يصل الجسم المُسخن إلى الحالة المستقرة للتوازن الحراري، حتى لا تسبب تراكم الحرارة وفشل مبكر للمكونات.

اختلافات هياكل التغليف للطاقة المختلفة

الشكل 7 الشكل 8 الشكل 9

الشكل (7)، الشكل (8) والشكل (9) يمثلون عدة هياكل تغليفية نموذجية على السوق. بعد ذلك، نستخدم الاستنتاجات المذكورة أعلاه للتحقق من مزايا وعيوب هذه الهياكل الثلاث.

هيكل الشكل (7) هو أن يتم وضع دائرة التشغيل IC والشرائح النصف موصلة على الإطار الرئيسي على نفس المستوى، ويتم استخدام اللوح الخزفي مباشرة كمادة للعزل وتوصيل الحرارة إلى المبرد، ثم يتم طلاء الهيكل بالمركب القابل للصب مشابه للعنصر المعزول. يمكن تسمية هذا الهيكل القابل للتغليف بسيط وذو قوة عالية، ولكن يتم وصف عدة أجزاء تحتاج إلى اهتمام أدناه.

الأولى هي أنه على الرغم من أن القاعدة الخزفية هي مادة عازلة للحرارة بشكل كبير، إلا أنها ليست مادة سهلة التوصيل للحرارة، وسيكون التأثير على تشتيت نقاط الحرارة الفورية نسبياً ضعيفاً. لذلك، ما إذا كان إطار الموصل الذي يحمل نصف الموصلات القدرة يمكن أن يفي بمتطلبات التوصيل الحراري الفوري دون تكوين نقاط ساخنة هو مشكلة تحتاج إلى اهتمام خاص. في الوقت نفسه، فإن المقاومة الحرارية للقاعدة الخزفية بنفس السمك أعلى بكثير من تلك الخاصة بالألومنيوم، ناهيك عن النحاس. لذلك، فإن درجة حرارة نفس المبرد تعني أن درجة حرارة البلورة القدرة داخل الوحدة أعلى من تلك المستخدمة في الوحدة باستخدام الألومنيوم أو النحاس. باختصار، سيتم تقليص نطاق التشغيل الآمن للوحدة نسبياً. الطريقة الوحيدة للمصمم للإيمان الكامل بأن المواصفات لا تقاس من قبل المصمم.

الثاني هو المواد والتقنيات المستخدمة لسطح الربط للقاعدة الخزفية، لأنها مرتبطة بما إذا كان الاستخدام على المدى الطويل سيسبب التفكك، مما سيؤدي إلى عدم قدرة الحرارة الناتجة عن الشبه موصل على التصدير بشكل طبيعي ثم الاحتراق. يمكن للمصمم أن يطلب من المورد شروط الاختبار في هذا الصدد، ثم يتصل بنفسه

تشكل إطار الموصل مستويين مختلفين. الغرض من خفض إطار الموصل هو جعل مستوى البلورة الحاملة للطاقة قريبًا جدًا من سطح الكولويد IPM الذي يتصل بالمشتت الحراري. يجعل هذا التصميم الهيكلي إطار الموصل يمكن أن يكون مصبوبًا ومغلفًا مباشرة دون مواد مطابقة أخرى وعمليات مشتقة بعد اكتمال زراعة البلورة لإطار الموصل.

بالإضافة إلى سمك العزل، فإنه أيضًا الهيكل الأكثر اقتصادية. يُقترح تطابق مشتت الحرارة للنظام، وأقصى درجة حرارة تشغيل ممكنة وجهد التشغيل للنظام الفعلي لمعرفة النطاق المحدود للوحدة.

هل تصميم المكونات الداخلية معقول؟

تحقق مما إذا كان تصميم المكونات الداخلية معقولًا، بما في ذلك ما إذا كان مصدر الحرارة (معظمها بلورات طاقة) مرتبة على إطار الموصل لتحقيق توزيع حراري متساوٍ، وما إذا كان تأخير القيادة لبلورات الطاقة ثلاثية الطور متسقًا وما إذا كانت الدائرة الحالية لبلورات الطاقة للذراعين العلوي والسفلي متناظرة.

من الجدير بالذكر أن المصممين يمكن أن يرون في كثير من الأحيان أن IPM يوصي في المواصفات (كما هو موضح في الجدول 1) بأن جهد رابط النظام التيار المستمر لا يجب أن يتجاوز 450 فولت ويجب ألا يتجاوز جهد التبديل 500 فولت. هذا لأن هناك تسرب مكافئ في التحليل يتكون من الأسلاك وإطار الموصل في IPM،

قد يكون انخفاض الجهد أكبر بكثير من الجهد المقاس على دبوس IPM. من أجل ضمان أن انخفاض الجهد عبر البلورة الداخلية للطاقة لا يتجاوز 600 فولت المصنفة، يتم تعيين نطاق الحد هذا.

ولكن في الواقع، يرجع ذلك إلى أن التسرب الذاتي في إطار الموصل والأسلاك حوالي 10-20 نانوهنري، ومعدل تغير التيار لمفتاح IPM نادراً ما يتجاوز 400A / us (عادة ما بين 200A / us-300a / US). وبهذه الطريقة، يجب أن يكون الفارق في الجهد بين جهد الدبوس وIGBT الداخلية بسبب طفرة الجهد أقل من 10 فولت، ونتائج القياس الفعلية هي نفسها. بالإضافة إلى ذلك، تقريبًا جميع IGBTs ذات التصنيف 600V لديها هامش أكثر من 100V. باختصار، من غير المرجح أن يتجاوز الجهد النهائي للIGBT داخل IPM النطاق الحدودي الخاص به ومن ثم ينهار بسبب التبديل. يجب ملاحظة أنه من أجل حجز المزيد من المساحة حيث لا يمكن أن يتجاوز استهلاك الطاقة لـ IPM أثناء التبديل التشغيل الآمن، لأن احتمال تجاوز الحد الأقصى للطاقة أكبر بكثير من تجاوز الحد الأقصى للجهد. ومع ذلك، يمكن توقع أن كلما زاد هامش التصميم، كلما انخفض معدل الفشل في تطبيق الميدان. عندما يكون من الصعب تقدير التيار الفوري، فإنه معيار تصميم ضروري لخفض الجهد عبر p-n.

في الواقع، العلاقة بين تعريف وقياس منطقة التشغيل الآمنة للبلورة الكهربائية وتطبيقها الميداني ومعدل فشلها ليست موضوعًا مميزًا لـ IPM فقط، بل هي موضوع عميق وواسع في التعبئة المفصولة الناضجة. ربما يمكن مناقشة مقال خاص آخر في المرة القادمة.

هل من السهل إتقان تصميم خطوط التطابق الطرفية

معظم تصاميم دوائر مطابقة الدوائر المحيطية لـ IPM لديها فارق ضئيل. تقريبًا، يتم إكمالها طالما تم وضع الإمدادات الكهربائية العائمة الثلاث ومقاومات حماية القصر للذراع العلوي للجسر بالمكونات الصحيحة وفقًا لتصميم الإشارة، كما هو موضح في الشكل (11)، ثم تُعلق إشارات القيادة للذراعين الستة. ومع ذلك، فإن مدى سهولة تصميم كل وحدة حقًا كما يقول الدليل المرجعي ليس بالضرورة صحيحًا. في الواقع، يجب تحديد أساس الحكم لهذا الجزء بواسطة المكونات الشبه موصلة المحددة من قبل الوحدة وظروف تطبيق النظام. وعلى وجه الخصوص، يجب ملاحظة أنه من الضروري منع المشاكل التي قد تنشأ من الدائرة المتكاملة للقيادة الخاصة التي تم اختيارها بواسطة IPM. يتم وصف مناقشة هذا الجزء بالتفصيل في المرجع [2].

بالإضافة إلى ذلك، من الجدير بالذكر أن ما إذا كانت منطقية القيادة إيجابية أم سلبية هي الأكثر موثوقية. التقى الكاتب مدير تصميم كبيرًا جدًا، الذي اعتقد في بيان الشركات اليابانية الرائدة واعتقد أن القيادة الإيجابية ستكون أكثر موثوقية بكثير من القيادة السلبية. في الواقع، القيادة السلبية لها صلابة عالية

عندما يكون إمداد الطاقة لـ IPM غير طبيعي، يمكن إيقاف التبديل بأمان. لكل من وسائط القيادة مزاياها وعيوبها الخاصة. من المستحيل أن نقول أيهما أكثر موثوقية.

في إشارة إلى الشكل (XII)، عندما يتجاوز مستوى الضوضاء مستوى القيادة المعترف به من قبل IPM، فإن آلية المنطق السلبي تقوم بإيقاف IGBT، ولكن المنطق الإيجابي يقوم بتشغيل IGBT. عمومًا، حالات التبديل للذراعين العلوي والسفلي تكون في الغالب مكملة. لذلك، بالنسبة لـ IPM المدفوع بالمنطق السلبي، إيقاف IGBT الذي كان يجب أن يكون مشغلًا لبضعة ميكروثانيات يقلل فقط من استخدام الجهد، ولكن بالنسبة لـ IPM المدفوع بالمنطق الإيجابي، هناك خطر توصيل الأعلى والأسفل في نفس الوقت، مما يؤدي إلى تمرير الذراع. علاوة على ذلك، بالنسبة لتصميم القيادة المباشرة، على الرغم من أن القيادة بالمنطق السلبي تحتاج إلى تجهيز مقاومة السحب، إلا أن قدرة الإخراج العامة لوحدة التحكم الرئيسية العامة عادة ما تكون أضعف من قدرة الاستنزاف، وهي حوالي 1/5 ~ 1/10. لذلك، سيحدث خطر القيادة بالمنطق الإيجابي عندما يتطلب منفذ الإخراج لوحدة التحكم الرئيسية إخراجًا عالي الحالي، وقد يتم تشغيل مستوى القيادة

ومع ذلك، عندما يخرج المنطق السلبي مستوى عالي، يكون منفذ التشغيل عالي المعاوقة، ويتم توفير تيار التشغيل من خلال مصدر الطاقة للمقاومة المسحوبة، لذا لن يكون هناك مشكلة في تشغيل المنطق الإيجابي.

موثوقية عالية لدائرة تحكم IC ونصف موصلات الطاقة

على الرغم من أن IPM يوفر العديد من المزايا التي لا يمكن أن تحصل عليها المكونات التقليدية من خلال تغيير نوع التعبئة، يجب ملاحظة أنه لا يغير وظيفة وخصائص جوهر النصف موصل. لذلك، إذا كانت لدى دائرة تحكم التشغيل المختارة ونصف الموصلات الطاقة قيودًا وعيوبًا في التطبيق، فإن IPM

هذه القيود والعيوب مرتبطة بالوجود. على سبيل المثال: إذا تم اختيار IPM من الشركة المصنعة a

مفتاح التشغيل هو IGBT بتقنية عدم الاختراق (NPT)، بينما اختار الشركة المصنعة B تقنية الاختراق (PT) لـ IGBT، ستكون خصائص محولات الطاقة المتكاملة (IPMS) المختلفة. تعتبر تقنية الخندق الشائعة حديثًا أيضًا تقنية مشتقة من نوع الاختراق. على الرغم من أنها تحسن بشكل كبير عيوب بطء سرعة التبديل لـ IGBT التقليدية من نوع الاختراق، إلا أنها تتمتع أيضًا بخصائص ضعف قدرة تحمل التيار الكهربائي في حالة الدائرة القصيرة وحساسية المعلمات لتغيرات درجة الحرارة. يتم استخدام نفس دائرة التشغيل IC. لذلك، إذا استطعنا فهم نطاق محدود للشبه موصل المختار لـ IPM لتغير درجة الحرارة، di / DT، DV / dt والضغط السلبي الفوري بشكل كامل، لاختيار IPM المناسب لمتطلبات تطبيق النظام، فإن التصميم قد نجح بنسبة أكبر من نصفه.

فيما يتعلق بتجربة الكاتب الخاصة، يمكن أن يكتشف التحقق البيئي المختلط بسهولة عيوب تصميم النظام لأنه يحتوي على مزيج من الإجهادات مثل درجة الحرارة والاهتزاز والجهد والتيار، ولكنه سيسبب مشاكل كبيرة في تحليل أسباب الفشل. إذا كان المصمم قد كان واضحًا جدًا بشأن تأثير الخصائص المختلفة للمكونات على النظام في مخطط التصميم للمكونات المفصولة، فمن المقترح أن يقدم المورد خصائص المواصفات والتحقق من الموثوقية وتجربة التطبيق السوقي للشرائح النصف موصلة المحددة في IPM في مكونات التعبئة التقليدية، والتي يعتقد أنها ستكون مساعدة كبيرة في التحقق من موثوقية IPM وأسباب فشل الفصل.

استنتاج

على الرغم من أن IPM يوفر محرك ثلاثي الطور أو نظام مزود طاقة غير منقطع بتوبولوجيا ثلاثية الأذرع، إلا أنها حلاً لتبسيط تصميم النظام وتحسين كثافة الطاقة. ومع ذلك، نظرًا لمواصفات التعبئة والتغليف الفريدة وطرق التصنيع الخاصة به، يبدو أنه من الصعب لا يزال المنافسة مع مكونات التعبئة والتغليف المفصولة الموحدة والمصنعة بكميات كبيرة من حيث تكلفة المكون الفردي. ومع ذلك، بموجب القانون الحديدي الذي يفرض أن تُحل تكلفة أي تكنولوجيا ناشئة بسبب الوقت، فإن اتجاه تعبئة الطاقة المتكاملة يحل محل التعبئة التقليدية لن يمكن تجنبه. بالإضافة إلى شرح الفروق بوضوح في الأداء والموثوقية والتكلفة الإجمالية الناتجة عن استخدام IPM كتصميم للنظام؛ كما تم دمج

توفر تفكير مصممي الوحدات ومصممي النظام للقراء مستويات مختلفة من اتجاهات التفكير عند فهم واختيار IPM. في الوقت نفسه، يتم توضيح بعض الأفكار الوهمية في المقال. نأمل أن يحسن القراء الذين يهتمون باستخدام أو استخدام IPM فهمهم لمثل هذه المكونات

U المراجع:

1. داي زهي زهان، "مقدمة في تعبئة وتطبيق الوحدة الذكية لتقنية المحرك"، شبكة التعلم الإلكتروني لتقنية المحرك، العدد 94، سبتمبر 2004

2. داي زهي زهان، "تصميم دائرة تحكم IC الخاصة لدائرة الجسر النصفي / الكامل"، شبكة التعلم الإلكتروني لتقنية المحرك العدد 184، يونيو 2006

3. "الإلكترونيات القوية: المحولات، التطبيقات والتصميم"، موهان، أندلاند وروبنز، وايلي، 1989

4."أجهزة الطاقة الشبه موصلة لتحكم التردد المتغير", ب. جايانت باليغا، 1994

5. ت. فوكامي، هـ. سيندا، ت. أونيشي، ت. كوشيدا، ت. شوجي، م. إيشيكو، "اقتراح تقنية الفحص لفشل منطقة التشغيل الآمن بالتوجيه العكسي بواسطة التبديل اللاحث غير المشبع"، مؤتمر IEEE، ص 2053-2059، 2005 6Fairchild application note 9016، K.S. Oh، فبراير، 2001

7. "وحدة الطاقة لتحكم الأجهزة المنزلية" مجلة تطبيقات IEEE، ص 26-34، يوليو 2002

8. تقنية قيانكون، "ندوة فنية حول وحدة إمداد الطاقة الذكية لتشغيل المحركات عالية القدرة"، مارس 2005

9. داي زيه زان، "مضخم طاقة تبديلية جديدة لنظام المغناطيسية العالية الكفاءة"، رسالة ماجستير، معهد الهندسة الكهربائية، جامعة تسينغهوا، يونيو 1995