IGBT várható élettartam vajon hány üzemóra?

Sziasztok!

A sok sok tanácsra elég mélyen beleástam magam az IGBT-k világába. annak vezérlés, teljesitmény kiaknázás, veszteségcsökkentés, átlövés és egyéb vezérlési kérdések sokaságába szaladtam.

Mostanra kialault egy uj ismeretanyag és olyan információk is elértek hozzám melyek alaposan megdöbbentettek.

Az rendben is lenne hogy az elektronikus félvezetők foyamatosan fejlődnek.
Azonban álmomban sem mertem gondolni hogy eg IGBT vagy gyors CMOS telejsimény QFET élettartama akkor is véges, ha azzal bármilyen óvatosan bánunk.

Az ember azt gondolná, hogy legyártáskor mindent megtesz a gyártó, és a technologia fejlődésbe és nem pedig visszafejlődésbe viszi a világot.

Ok a sok sok összeesküvés elmélet, meg a villanykörte tervezett avulás, satöbbi, nem is ez lenne a lényeges kérdés.

Kettő olyan területtel találkoztam ami meghatározó az IGBT telejsitmény félvezetők életére.

Az egyik maga a rövidzár védelmek, testelési rövidzárlatok és átvezetési szigetelés zárlatokból fakadó meghibásodások.

A másik pedig a müködés és terhelések során fellépő hőtermelésből fakadó jelentős nem lényegtelen élettartalom csökkenés.

Az első esetben nagyon komly müveleti erősitős megoldásokkal lehet védekezni a hatalmas müködési sebesség miatt. Gyakorlatilag egy egy zárlati eset szinte minden esetbn elviszi a meghajtó modulokat is zárlatba, mivel a védelmek sok esetben nem elég gyorsan képesek lereagálni az eseményeket. sajna a IGBT és Qfet-ek gyorsabban kapcsolnak mint egyes védelmi ismert áramkörök, igy bármilyen védelem nem megoldás a üzemi müködés során felléő védelmekhez.esetünkben most nem is a zárlati védelemmel szeretnél foglalkozni.

A második téma viszont érdekességként lerült fel most az oldalra:

Vajon hány szaki tudja vagy ismeri, hogy az IGBT 10 celsius fokal való magasabb höméséklet esetén az élettartalom a felére csökken.
20 fok esetében már a negyedére 40 fok esrtén a 12-ed részére! De vajon nemmyi is lehet a tényleges élettartalom?

De vajon mekkora lehet egy szerkezeti IGBT valódi élettartalma. Megszoktuk hogy egy egy félvezető nem fárad el, igy egy telejsitmény tranzisztor és vagy normál fet estében akár évtizedekről is beszélhetünk.
Ugyanakkor ez már nem igazán mondható el egy IGBT vagy QFET esetében.

A hőtermelés, a hatalmas terhelési áramok a termelt hő pedig a tokban felhasznált anyagokkal, az állandó hömérsékleti hőtágulással belső szerkezeti sérülésekhez (kohéziós erők) vezetnek ami adott esetben egy bizonyos idő multával az IGBT belső fizikális kontaktusi hibájához vezet.

Lásd cikkelt itt.

Kb 4 éve mködtetek szünetmentes tápegységeket, és nem egy alkalommal forult elő hogy azok váratlanul látszólag minden különösebb ok nélkül elgyilkolták magukat.

Sokan kinevettetetk, hogy egyáltalán nincsenek alapismereteim a témában, és egy ilyen projekt meghaladja egy mérnöki csapat több éves fejlesztési munkáit is.

Azért teszem most közkinccsé ezt a témát hogy mások is figyelem középpontba tehesség az adott használat során IGBT áramköri alkalmazások esetében azt a tényt, hogy bármennyire is bánunk óvatosan egy egy gyári kütyüvel, annak meghibásodása az idő mulásával és legfőképp a hömérsékleti ingadozások folyamatai okán előbb utóbb jólétre szenderülnek.

Nos bár nem témába vágó kérdés, de ha egy autó vezérmü szija is tudatosan elfárad, és azt ki kell cserélni 50 - 60 ezer kilométerenként vagy 5 évente, mert az anyaga elfárad.

Akkor vajon ezt miért nem adja meg egyetlen ygártó egyetlen adatlapon sem?

Az esetme azért is érdekes, mivel kezdetektől fogva gyári inverterrel dolgoztam. nem amegszokott párszáz wattos megoldással, hanem egy kicsit magasab telejsitményekkel. sütés főzés, magasnyomású mosó, grillezés, mikrózás, stb. esetében kell a kakakó.

Ezt  feladatot pedig nem lehet ellátni egyszerű modositott hullámformáju négyszögjeles olcsó megoldásokkal.

Az esetemben az energiasürüség is kihatással van a müködtetés során, uganis a nap 24 órájában kell megtalálnom a müködtetéshez szükséges forrásokat és technikai vivmányokat, ugyanakkor a napenergia átlagosan napi 4 órában áll rendelkezésemre.

Szóval , pontosabban a megoldások 4 év alatt kialakultak szépen és jól müködnek, kivéve az IGBT és nagytelejsitményű inverteres CMOS félvezetőt alkalmazó telejsitmény invertereket.

Sok sok hónap telt el mig agyaltam, egyáltalán mely megoldások lennének a legmegfelelőbbek, de mostanában ébredtem rá arra, hogy igazán adott esetben nincs is megoldás gyári készülékek használata során  sem.

És ennek a legfőbb oka magyarázata a müködés során kilépő hőveszteség és az abból fakadó minden meghibásodás forrása.

Gondoljatok bele, hogy nem a világitás vagy egyszerübb konverterekkel vannak a gondok (azokkal sosem voltak, mennek dc 100 tól ac 230 ig szinte minden forrással) Tehát az olyan mint a világitás, a telekommunikáció aze gyszerü dc/dc adapteres ellátások mind mind megoldottak, sosem szállnak el, stabilak és teszik maradéktalanul a dolgukat. DC 120 volts rendszerről is.

Nos a gond és probléma a telejsitméyn áramköri rendszerek nem ohmikus fogyasztóra (asinkron motorok, gerjesztett tranzformátorok, szin uszhullámformát igénylő valódi RMS eszközök müködtetése a problémás) Modjuk egyre többet vontam ki, de azért maradtak telejsitmény orientált alkalmazásaim. (Pl miért fogyjon a gáz, főzésre, ha süt a nap és érkezik óránkánt feltöltött akkuk mellett 4KVA vagy 6 KVA (ujabb 4 darab 450wattos cella kerül beüzemelésre májusban)

Azaz pontositva fogalmazok, esetmeben elkerülhetetlen, hogy egy egy IGBT inverter kihasználtsága ne legyen adott esetben akár órákig 100% futási környezetben. ez azért van mert amikor a napsugárzás beéri a cellákat, akkor áll rendelkezésre elegendő energia, mosni főzni, és egyéb nagy telejsitményt igénylő gépek használatára.e általában 11 óától délután 16 óráig lehetséges. (előtte a hegy árnyékol, utánna a fenyves) Tehát napi 5 órás ablakom áll rendelkezésre kiaknázni amegujulo forrásokat (ha nincs felhős idő)

ez viszont egy jelentős hömérsékleti küszübváltozással jár minden egyes alkalommal. Azaz az üzemi hömérsékletek normális esetben mondjuk lagyos müködésre tervezetten (30-40 celsius fok) de essetemben ez eléri és vagy meghaladja akár a 80-100 celsius fokos tokhömérsékelti küszöböt is.

Mivel nem egy alkalommal pusztultak az IGB T-k, ezért nagyon mélyen beleártottam magam a tudásismeret emgismerésébe.
Jelenleg napokat heteket töltöttem számtalan oldallal és informálódással.

A gondom tehát az, hogy bár (akár melyik gyári inverter is) a megoldások stabilak, mégis burkolt az előregedéssel járó meghibásodás.

azaz nem hasznos az, hogy megy az inverter 1 órát 2700 watton (a hütő 75-85 clsius fokos, a IGBT tövében mért hömérséklet pedig akár 15-25 celsius fokkal is több lehet.

ezek peig a következő meghibásodáshoz vezetnek:

1. túlhevülés során az átviteli kapcsoló áramok jelentősen lecsökkennek. az egyre nagyobb terhelés pedig fokozott hőtermeléssel járó lavina effektusba kerülhetnek. Tehát minél melegebb, annál kevesebb áramot tud kapcsolni ami egyre nagyobb hőtermelésbe viszi a tokot.

2. Kohéziós anyagfáradás, az állandó hömérséklet ingadozás miatti kontakthiba, és az ebből fakadó kapcsolási hibák fellépése (összelövés, és zárlati felrobbanás)

Mindenezek a tanulmányok egyértelmüen a következőkre adnak magyarázatot:

Az IGBT fetek élettartalma a hömérsékleti küszöbértékekkel emelkedve egyre rövidebb. a elhasználódás indokoltá tenné adott esetben a IGBT idöközönkénti cseréjét. (DE VAJON MIKOR?)

azaz lehet maga az IGBT még hibátlan, de kb olyan mitha az autonkon 85 ezer kilométerrel hajtjuk az ékszijat. az bármelyik pillanatban megadhatja magát.

Milyen megoldások lehetnek ezen jelenségek lecsökkentésére, elkerülésére?

Növelni kellene a vezérelt fetek darabszámait? Tapasztalataim alapjána  ygártók kb 25% os áramterhelésre méretezik invertereiket. azaz egy 25A névleges primeroldali terhelhetőség esetében legalább 100A nyi fetekkel rakják meg az áramkört.

(A trafós inverteremben is van a 40 voltos körben 3 x 75A egész hidban (12 x 75A)  12 darab Qfet) ( ez gyári 2000VA, de tud kb 1200VA forrón telitet vasmaggal, aminek gyári katalogus adati alapján a trafója legfeljebb 750 VA-es.)

Erről ennyit, mert a gyári jvan megbizható! Vasaló 1000w ohmikus fogyasztó, és a 2000 Va-es nek eladott inverter forr mint a must. Ventillációs hütést utólag szereltem, mert anélkül elszállna a vezérlés 15 per alatt.

aktivabb hütési megoldást találni a tokhömérséklet elvezetésére?

Mvel lehetne a termelödő hőt a leghatékonyabban a  tok magból elvezetve egy bizonyos szint alatt tartani a hütési hömérsékletet?

Az én invertereim esetében az áthag müködési idő jegyzeteim alapján kb 3 és 5 hónap között rendszeresen beállt IGBT pusztulásra ad érthető magyarázatot.

A gyári hütés tehát kicsi és alkalmatlan még axiálventillátor esetében is.

Nagyon nem is férne el, és elektroniusan is ki kellene alakitani a meghajtást megfelelő kiépitéssel.

gondoltam pl a vizhütésre, de ez ujabb egyenlőre ingatal ingoványos talaj lehet, (kondenzáció, korrózió?)

Az igbt-k kirakhatóak lennének egy egységes vezérlő meghajtó tömbre, a meghajtás pedig egyébként megoldható A3120 fényoptikai meghajtóval, igy egy komolyabb hütési rendszer biztositana 30-40 fok alatt tartani  telejsitmény hömérsékleteket. (a melegviz nem utolsó sorban szintén felhasználható lenne, persze nem elég meleg közveteln felhasználásra, de előtárolóban szintén lehetőség csökkenteni a HMV forrás energiaigényeit.

A helyi adottságok esetében milyen hőelvezeéssel leeht kapkulálni:

adott napokon a léghömérséklet árnyékban akár 30-40 fok is lehet. (ez évi 140 nap)  az éjszakai legalacsonyagg téli 12-14 fokos külső. extrém esetben (évi pár nap 8 Celsius) hajnalban .
a vezetékes viz felmelegszik 30-35 fokra a csövekben is napsütésben. (itt nem ássák be a föd alá a vezetékeket. mivel nincs fagy.)

Kérek minden kedves szakit, hogy maradjunk a lehetséges elvi megoldások fejtegetésénél, és minden lehetséges alternativ ötletforrást jó lenne átbeszélni:

A topic célja:

AZ IGBT müködése során fellépő hötermelés és annak káros hatásainak csökkentése elkerülése. Ismeretmegosztás.

Üdvözlettel Attila