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                      你的功率模塊能在應用中運行多長時間?

                      發布時間:2022-09-21 來源:英飛凌 責任編輯:wenwei

                      【導讀】功率模塊是大功率電力電子系統的核心部件。因此,它們的壽命對最終產品的可靠性有重要影響。為了了解真實的工況如何影響功率模塊,必須進行復雜的模擬仿真,由于工況文件冗長且復雜多變, 往往將仿真工具和方法推到極限。出于這個原因,在仿真方法和半導體特性方面需要高水平的專業知識。了解功率模塊在實際使用情況下的行為對選擇正確的功率模塊,進而對系統成本、可靠性和優化均有積極的影響。


                      功率模塊的壽命就是功率系統的壽命


                      一個大功率系統是由幾個部件組成的,如:電容、電感、傳感器、控制板、驅動單元,當然還有功率模塊。所有這些都有一個有限的使用壽命,當它們不能很好地滿足應用時,就會成為故障的來源。出于這個原因,在選擇組件之前,了解它們在特定工作條件下的行為是非常重要的。


                      功率模塊也不例外,它們的壽命與它們的工況是緊密相連。因此,為了估計它們的壽命,有必要在實際條件下計算變換器運行期間的循環負荷。使用實驗平臺和長期運行的系統來估計功率模塊的壽命是可能的。然而,這種解決方案需要硬件實現和長時間的測試。這就是為什么使用仿真工具這一不同方法,幫助用戶加速和簡化壽命計算。


                      為了簡化工業制造商設計過程中的這一步驟,英飛凌功率仿真平臺(IPOSIM)提供了自動壽命估算這一全新的高級功能?,F在,設計人員可以根據他們的應用要求,以數字方式估算功率模塊的壽命。


                      IPOSIM壽命評估服務是一個完全自動化的過程,它綜合了我們所有的半導體專業知識,結合了最先進的方法和先進的編程知識。這項服務使設計人員能夠在線獲得英飛凌的電力電子技術,24/7,并根據需要頻繁使用。


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                      圖1 自動化的壽命估計過程


                      這個過程(圖1)從所需的工況、冷卻條件和要評估的功率模塊等相關信息開始??紤]到這些信息,估計設備壽命的計算將在IPOSIM中自動運行。一旦完成,用戶可以下載一個定制的PDF報告,其中包含最相關的結果,包括所選器件的可能循環次數。


                      在為牽引應用選擇正確的功率模塊時感到困惑?現在不會了。


                      讓我們想象一下,我們正在設計一個用于牽引應用的功率變換器。我們已經選擇了一個拓撲結構,確定了工作條件,定義了冷卻條件,并且我們發現我們需要一個具有以下額定值的功率模塊(1.7kV@1.2kA)?,F在是時候決定哪種功率模塊最適合這一應用了。


                      對于這個例子,我們將做一些假設,只是為了簡化設計過程。讓我們假設唯一可以使用的封裝是PrimePACK?。經過若干技術考慮,以下三個型號是我們的候選器件。


                      1.FF1200R17IP5

                      2.FF1400R17IP4

                      3.FF1500R17IP5R


                      工況是什么?好吧,讓我們假設火車的往返行程大約需要兩個小時,我們需要保證至少有一萬個周期。圖2描述了列車運行的標準周期的工況,轉化為電力電子變量。


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                      圖2 牽引應用的工況


                      我們使用IPOSIM壽命估計服務來估計這三個型號的壽命。一旦分析結束,IPOSIM就會生成一份PDF報告,強調最相關的結果,如圖3所描述的。功率損耗使我們能夠了解到變換效率。通過溫度結果,我們可以驗證所選器件是否適合我們的冷卻條件,并保證在整個工況中的正常運行。最后,柱狀圖描述了取決于溫度波動的壽命消耗。


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                      圖3 使用FF1500R17IP5R功率模塊的牽引應用的仿真結果


                      選擇正確的功率模塊。


                      我們已經看到了一些顯著的結果;然而,我們還沒有根據循環次數的標準選擇正確的器件。這就是為什么報告包括一個最終的表格,總結了每個器件可能的循環數。下表顯示了被評估的器件之間的比較。


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                      可以看出,即使這三個器件在相同的電氣的額定值下工作,只有FF1500R17IP5R達到了預期的周期數(>10k周期)。必須指出的是,FF1400R17IP4沒有產生仿真結果。原因是在評估的條件下,這個功率模塊的溫度增加超過了最大限值,因此,壽命沒有計算出來。


                      如何開始使用壽命評估


                      在這篇短文中,我們解釋了IPOSIM壽命估算服務是如何以及為什么能夠在設計階段快速、精確地做出決策,為設計團隊節省時間和精力。這項服務從電力電子設計中最常用的拓撲結構之一開始,包括基于模塊的三相兩電平逆變器。其他拓撲結構也將在不久的將來導入仿真工具。


                      來源:英飛凌

                      原創:Jaime Zapata  



                      免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


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