|
| |
|
Слаботочка Книги температуре полупроводниковой структуры 110°С*, интеграл Джоуля 180-10 А2-€* при температуре полупроводниковой структуры 110°С. Если длительность импульса тока менее 10 мс, например 4 мс, то его допустимая амплитуда возрастает от 6000 до 8100 А. При этой длительности интеграл Джоуля уменьшится до 105-10 А-с. Таблеточные тиристоры типа Т253-1250 имеют максимально допустимое среднее значение тока 1250, действующее значение тока 2820 и ударный ток 28000 А. Воздействие амплитуды импульса ударного тока, обычно равной 15-20 значениям предельного среднего тока, не должно приводить к выходу вентиля из строя. Предполагается, что к моменту окончания этого импульса срабатывает защита и обратное напряжение к вентилю не прикладывается. Если же после окончания импульса ударного тока к вентилю прикладывается обратное напряжение, равное 0,8 значения повторяющегося импульсного обратного напряжения, то импульс ударного тока необходимо уменьшить до 0,7-0,8 значения, допустимого при отсутствии этого напряжения. Обычно в технических условиях или стандартах на СПП не указывается допустимое количество воздействий ударного тока. По опытным данным авторов, эта цифра колеблется в пределах 10-20. Токи рабочей перегрузки, если они не приводят к повышению температуры перехода свыше критической, в принципе могут быть многократными. Рабочим элементом СПП является кристалл кремния с р- и п-слоями и р-п переходами между ними. Монокристалл кремния п-проводимости представляет собой диск диаметром 10-150 и толщиной 0,3-0,5 мм. Во избежание механических повреждений при колебаниях рабочей температуры к диску до его присоединения к медным теплоотво-дам припаиваются термокомпенсирующие пластины из вольфрама или молибдена, коэффициент теплового расширения которых близок к коэффициенту теплового расширения кремния. (В последнее время получили распространение и так называемые системы с прижимным контактом, в которых отсутствуют сварка и обеспечивается более высокая долговечность. На рис. 1.4 приведены схемы конструкций силовых кремниевых (вентилей [1.3]; размеры для всех конструкций одинаковы н равны: s, = 0,35 мм; = йпос-б! = О мм; е= 1,6ч- 1.8 мм; ec,j = 15 адм. * Форма импульса тока синусоидальная, однополупериодная, длительность 10 мс. 12 Высокие массогабаритные показатели СПП, являясь их преимуществом, стали и причиной их весьма малой теплоемкости по сравнению с теплоемкостью традиционного электрооборудования, что сделало их чрезвычайно чувствительными к изменениям теплового режима и условий перегрузки. Предельно допустимая температура кремниевой пластины является основным фактором, ограничивающим нагрузочную способность СПП. Превышение этой температуры может привести либо к необратимому  Рис. 1.4. Схемы конструкции силовых кремниевых вентилей: й - с односторонним отводом тепла; 6 - с двусторонним отводом тепла и двумя вольфрамовыми терыокомпенсаторами, припаянными к медным основаниям припоем ПОС-61; е -с одним прижимным контактом н двумя термокомпенсаторами; г -с одним прижимным контактом и одним термокомпенсатором; д - с двумя прижимными контактами и одним термокомпенсатором; е-с двумя прижимными контактами без термокомпенсаторов (Г10С-61 - припой) ухудшению параметров вентиля вплоть до его разрушения, либо к обратимым иеменениям параметров в виде роста времени выключения, снижения напряжения переключения и напряжения пробоя, резкого увеличения обратного тока и др. Отказы при длительных нагрузках могут быть вызваны расплавлением припоя в соединениях кремниевого диска с вольфрамовыми термокомпенсаторами, в соединениях этих компенсаторов с медным теплоотводом, а также старением припоев и усталостной деформацией кристаллической решетки кремния из-за периодических циклов нагрева-охлаждения. Температура перехода в кремниевых вентилях ограничивается на уровне 110-140, а в некоторых случаях до 180 °С. Поэтому, например, для тиристора Т25 при естественном охлаждении допускается предельный номинальный ток 10 А, а при принудительном охлаждении со скоростью охлаждающего воздуха и=3 м/с-25 А. Сильная зависимость существует между максимально допустимым средним значением прямого тока !„ и непо- средственно температурой корпуса СПП. Например, для тиристора ТВ-320 при температуре корпуса 40 °С значение /„=200 А, а при температуре 90 °С /п=103 А. В связи с этим оптимизация тепловых режимов ,СПП обусловливает повышение надежности работы и улучшение технического уровня и показателей материалоемкости полупроводниковых преобразователей [1-4]. Сложность отвода тепла от СПП обусловлена большой плотностью тепловыделения, достигающей до Таблица 1.1
Примечание: ЕЕ-естественное воздушное; ПВ-принудительное воздуш-ное; ПВд-принудительное водяное. 200 Вт/см площади полупроводниковой структуры при допустимом превышении рабочей температуры над температурой окружающей среды, составляющем обычно 80-90 °С. Снижение рабочей температуры перехода на 10 "С увеличивает надежность СПП практически на один порядок. Эффективность различных видов охлаждения СПП иллюстрируется табл. 1.1, где приведены номинальные значения рабочего тока тиристоров при различных видах охлаждения. Естественное воздушное охлаждение широко применяется в полупроводниковых преобразователях малой и средней мощности в связи с простотой и надежностью медных и алюминиевых теплоотводов. Оно эффективно при мощности тепловыделения не более (2-5) -10 Вт на один СПП для температуры структуры 125 °С. С увеличением мощности тепловыделения эффективность этого метода уменьшается, поскольку рост массы и объема теплоотвода значительно опережает увеличение его теплоотдачи. Испарительное охлаждение обеспечивает хороший отвод тепла при мощности тепловыделения 200-2000 Вт на СПП и более. 14 0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||