工业数字化的依赖 谁在“驱动”工业4.0

与非网 中字

当然碳化硅MOSFET门极驱动是一个设计难点,因为碳化硅器件本身损耗小,开关频率可以设计到500KHz级别,所以驱动信号会非常快,除了电源绝缘,还要做好信号的绝缘隔离处理。高频信号也带来了电磁干扰问题,“抗干扰和抑制干扰都会变得头痛,工程师必须面对EMI问题,否则就会误触发引起器件失控。电路板的高频优化和多点接地系统设计也变成难点,系统设计既要进行时域分析,又要进行频域分析。”

安森美半导体Jon Gladish强调安全始终是功率器件应用的主要考虑因素,尤其是高电压、大电流的大功率器件。“UL认为,高于60V的电压接触到人体,将造成伤害,甚至会导致死亡,所以大功率器件在应用时,必须要充分考虑安全设计,满足爬电距离和电气间隙要求是高压器件应用安全的首要条件。”高压引脚周围的灰尘和异物也存在危害,功能缺陷更要注意排查。

由于大功率器件在工作中会产生大量的热,所以也需要特别注意其散热设计,尽可能减少由热膨胀失配引起的机械应力,以免发生危险。对如何进行散热设计,Jon Gladish提到几点:符合规范的PCB布局布线(PCB线的宽度、厚度和直径等因素都要考虑),优良的散热架构,选择热阻更小的封装材料等。

瑞萨电子落合康颜表示,高压大电流应用中,往往不是单个芯片来承担大电流,对于两个或多个芯片并联使用场景,最重要的是控制多个芯片之间的特性偏差。“芯片特性偏差产生电流偏差,电流集中的芯片将会出现过热甚至损毁的状况,所以控制器件制造工艺偏差非常关键。”

常见失效模式

功率器件失效往往会带来比较严重的后果。尤其在不间断电源、太阳能逆变器、电信和充电桩等工业应用中,如果功率器件在设备运行时出现故障,将可能导致多种二次故障,例如熔化、起火或者爆炸。“所以通常情况,工业系统有过压保护(OVP)金额过流保护(OCP)等故障检测功能,”Jon Gladish表示,依靠故障检测功能,出现功率器件失效情况时,系统可以及时切断供电,从而避免二次故障。

Jon Gladish总结了5种常见的功率器件失效模式:雪崩击穿;静电放电(ESD)或门极浪涌;体二极管反向恢复电流过大。可能会触发寄生BJT;长期工作在线性区,由于电流过大而导致的热失控;装配不当造成的封装损害。

落合康颜认为,根据瑞萨电子的统计,客户的失效问题90%以上是由于过电压或过电流造成的损坏,特别是IGBT和MOSFET等开关器件,在开关过程中发生的失效极多。“为防止此类失效,采用适当的驱动条件,并尽力抑制PCB寄生电感。”

“器件最常见的失效就电压击穿,短路烧毁,所以器件抗浪涌的能力必须强,抗冲击能力必须强。另外耐受电压的能力也要高。短路失效使我们最头疼的问题,因为器件短路对电源的沙胜利最大,可能会把整个电路板烧毁,甚至引起火灾。”杜尧生举了一个例子,工厂里运行的变频器通常是六个桥臂顺序工作,如果因为器件失效引发上下桥短路,没有保护的管子就会炸掉。“功率器件的短路保护是非常重要的设计环节,驱动板都会设定短路保护的时间,功率器件也会有最大短路电流标称。”

声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。
侵权投诉

下载OFweek,一手掌握高科技全行业资讯

还不是OFweek会员,马上注册
打开app,查看更多精彩资讯 >
  • 长按识别二维码
  • 进入OFweek阅读全文
长按图片进行保存