การเลือกโมดูล SCR และฮีตซิงค์: ต้องมีหลักฐานด้านความร้อน

คู่มือนี้อธิบายข้อมูลที่จำเป็นต้องขอไว้ก่อนที่จะเลือกฮีตซิงค์สำหรับโมดูลไทริสเตอร์ โดยเน้นไปที่ข้อมูลนำเข้า ขอบเขตการคำนวณ และการตรวจสอบ ไม่ใช่การกำหนดค่าความต้านทานความร้อนสำหรับวงจรที่ยังไม่ทราบรายละเอียด รหัสสั่งซื้อ SCR ที่ถูกต้องและรูปคลื่นการใช้งานยังคงเป็นข้อมูลสำคัญ.

เริ่มจากรูปคลื่นของแอปพลิเคชัน

บันทึกโครงสร้างวงจรและบทบาทของไทรสเตอร์แต่ละตัว: การปรับกระแสแบบควบคุม, การควบคุมกำลังไฟฟ้า AC, การเริ่มต้นแบบนุ่ม หรือหน้าที่อื่น ๆ บันทึกว่าโมดูลดังกล่าวประกอบด้วยอุปกรณ์เดียว, การจัดวางแบบคู่ หรือการเชื่อมต่อภายในแบบอื่น ๆ กระแสไฟฟ้าที่ระบุบนป้ายชื่อเดียวกันอาจแสดงถึงระยะเวลาการนำไฟฟ้า, รูปแบบพัลส์ และการเกิดความร้อนที่แตกต่างกันอย่างมากในวงจรต่าง ๆ.

ให้ข้อมูลค่า RMS และค่ากระแสไฟฟ้าเฉลี่ยที่เกี่ยวข้องกับแบบจำลองการสูญเสียของผู้ผลิต พร้อมด้วยมุมการนำไฟฟ้า ความถี่การซ้ำ วงจรการทำงาน และเหตุการณ์การโอเวอร์โหลด รวมถึงรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าหรือผลการจำลองที่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้อง หากเป็นไปได้ อย่าใช้จุดทดสอบจากแผ่นข้อมูลรูปคลื่นไซน์และถือว่ามันเป็นตัวเลขการสูญเสียแบบทั่วไปสำหรับแอปพลิเคชันแบบตัดต่อหรือที่มีสัญญาณพัลส์สูง.

ระบุภาระงานต่อเนื่องที่หนักที่สุดและภาระงานชั่วคราวที่สำคัญอย่างแยกกัน การเริ่มต้นระบบ กระแสเริ่มต้น (inrush) และการโอเวอร์โหลดในระยะเวลาสั้น อาจจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์ความต้านทานความร้อนแบบชั่วคราว ในขณะที่การใช้งานต่อเนื่องจำเป็นต้องวิเคราะห์ในสภาวะคงที่ มวลความร้อนของฮีตซิงค์ไม่สามารถเป็นเหตุผลให้เพิกเฉยต่อพัลส์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ได้ เพราะการเกิดขึ้นซ้ำๆ อาจทำให้ระบบไม่สามารถกลับสู่อุณหภูมิเริ่มต้นได้.

คำนวณค่าสูญเสียจากข้อมูลของแบบจำลองที่แม่นยำ

ขอให้ระบุค่าความตึงของแรงดันในสถานะเปิด (on-state voltage) หรือพารามิเตอร์การสูญเสียของรุ่นที่แม่นยำ และวิธีการคำนวณที่ผู้ผลิตแนะนำ ในกรณีที่โมดูลมีอุปกรณ์หลายชิ้น ให้ติดตามการสูญเสียต่อองค์ประกอบตัวนำแต่ละชิ้น และปริมาณความร้อนรวมที่ถูกส่งเข้าสู่แผ่นฐานที่ใช้ร่วมกัน การสูญเสียพลังงานเป็นข้อมูลนำเข้าสำหรับการวิเคราะห์ความร้อน ซึ่งไม่เท่ากันกับกำลังออกหรือค่าโหลดที่กำหนดของอุปกรณ์.

ตรวจสอบว่าเอกสารข้อมูลทางเทคนิค (datasheet) มีกราฟแสดงค่าที่อุณหภูมิจุดต่อและสภาพกระแสไฟฟ้าเฉพาะหรือไม่ หากผู้จัดหาให้ค่า “แบบทั่วไป” เพียงค่าเดียว ให้สอบถามเกี่ยวกับเงื่อนไขการวัด และว่ามีค่าสูงสุดหรือค่าออกแบบไว้หรือไม่ ให้บันทึกความไม่แน่นอนไว้แทนที่จะนำอุณหภูมิของตัวระบายความร้อนที่แม่นยำมาแสดงจากข้อมูลแบบทั่วไปที่ยังไม่ได้รับการตรวจสอบ.

สำหรับระบบปรับกระแสตรงหรือระบบควบคุมเฟส ให้ชี้แจงทั้งเส้นทางนำกระแสและสัดส่วนกระแสไฟฟ้าที่อุปกรณ์แต่ละตัวรับในช่วงเวลาที่กำหนด โมดูล SCR คู่ อาจไม่แบ่งการสูญเสียอย่างเท่าเทียมกัน หากระบบควบคุมหรือการทำงานของวงจรไม่สมมาตร แบบจำลองความร้อนควรสะท้อนอุปกรณ์นำกระแสจริง และหากจำเป็น ให้พิจารณาความใกล้กันของแหล่งความร้อนหลายแห่งบนตัวระบายความร้อนเดียวกัน.

อ่านเส้นทางความร้อนอย่างครบถ้วน

เส้นทางในสภาวะคงที่ที่เรียบง่ายจะเริ่มจากจุดต่อเชื่อมไปยังตัวเครื่อง, จากตัวเครื่องผ่านวัสดุต่อประสานความร้อนไปยังตัวระบายความร้อน, และจากตัวระบายความร้อนไปยังสภาพแวดล้อมรอบข้าง แต่ละขั้นตอนมีส่วนทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามการไหลของความร้อนที่เกี่ยวข้อง คู่มือการติดตั้งโมดูลของ Infineon เน้นย้ำว่าวัสดุต่อประสานความร้อน วิธีการใช้งาน และรูปทรงมีผลต่อการนำความร้อนระหว่างโมดูลกับตัวระบายความร้อน ไม่มีหมายเลขฮีตซิงค์ในแคตตาล็อกใดที่สามารถชดเชยจุดสัมผัสที่ควบคุมได้ไม่ดี.

หาข้อมูลความต้านทานความร้อนหรือความต้านทานชั่วคราวของโมดูลอย่างแม่นยำ และเข้าใจจุดอ้างอิงในการวัด “จากจุดต่อถึงตัวเครื่อง” ไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้โดยอัตโนมัติระหว่างการกำหนดค่าภายในหรือมาตรฐานการทดสอบที่แตกต่างกัน ค่าความต้านทานความร้อนที่ผู้ผลิตตัวระบายความร้อนระบุไว้นั้นยังมีเงื่อนไขด้วย: อาจมีการสมมติเกี่ยวกับกระแสอากาศ ทิศทาง พื้นที่ฐาน และการจัดวางแหล่งความร้อนเฉพาะ.

ตรวจสอบจุดที่วัดอุณหภูมิอ้างอิงของสภาพแวดล้อมสำหรับอุปกรณ์ อากาศใกล้กลุ่ม SCR หรือภายในตู้ที่แน่นหนา อาจมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศในห้อง ค่าการไหลของอากาศในสภาพอากาศอิสระของพัดลม ไม่เท่ากับปริมาณการไหลของอากาศผ่านครีบระบายความร้อน เมื่อติดตั้งตัวกรอง ตัวป้องกัน และส่วนประกอบใกล้เคียงแล้ว ในการทบทวนการออกแบบ ให้ใช้สภาพอากาศเข้าท้องถิ่นที่เกี่ยวข้อง แทนที่จะใช้สภาพอากาศห้องปฏิบัติการที่เอื้ออำนวยที่สุด.

ให้รวมส่วนเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซและขั้นตอนการติดตั้ง

สารนำความร้อน แผ่นนำความร้อน หรือวัสดุเชื่อมต่อที่ติดตั้งจากโรงงาน เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางที่ออกแบบไว้ ให้บันทึกไว้ว่าวัสดุเชื่อมต่อใดที่ได้รับการอนุญาตสำหรับโมดูลนั้นๆ ความเรียบและความสะอาดของพื้นผิวที่จำเป็น รวมถึงลำดับการติดตั้งและการยึดตรึงตามคำแนะนำของผู้ผลิต การเปลี่ยนสารนำความร้อนหรือแรงกดในการติดตั้งอาจทำให้ความต้านทานการสัมผัสเปลี่ยนแปลงได้ แม้โมดูลไฟฟ้าและตัวระบายความร้อนจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงก็ตาม.

สอบถามเกี่ยวกับแรงบิดการติดตั้งที่กำหนด รูปแบบการติดตั้งอุปกรณ์ยึดระยะห่างทางไฟฟ้า และคำแนะนำใดๆ เกี่ยวกับการปรับแรงบิดใหม่หรือการทดสอบความทนทาน รายละเอียดเหล่านี้ควรมาจากคู่มือการติดตั้งโมดูลฉบับปัจจุบัน ไม่ใช่จากตารางแรงบิดทั่วไป เอกสารของโมดูลกำลังของ Infineon ระบุอย่างชัดเจนว่าการติดตั้งเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพทางความร้อนและความน่าเชื่อถือ; ผลิตภัณฑ์ RITOKS จำเป็นต้องมีคู่มือเฉพาะสำหรับรุ่นนั้นๆ ก่อนที่จะอนุญาตให้ประกอบ.

พิจารณาว่าโมดูลหลายตัวใช้ฮีตซิงค์ร่วมกันหรือไม่ การรบกวนทางกลไก การกระจายความร้อน การแยกทางไฟฟ้า และการกีดขวางการไหลของอากาศ อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานได้ หากฮีตซิงค์ถูกเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับส่วนหนึ่งของวงจรผ่านฐานโมดูล การออกแบบต้องคำนึงถึงการแยกทางไฟฟ้าและระยะห่างเพื่อความปลอดภัยที่จำเป็น แทนที่จะถือว่าฮีตซิงค์เป็นเพียงชิ้นส่วนโลหะที่ไม่มีอันตราย.

เปรียบเทียบการพาความร้อนแบบธรรมชาติและแบบบังคับบนรูปทรงที่ติดตั้ง

การถ่ายเทความร้อนแบบธรรมชาติขึ้นอยู่กับทิศทางของครีบ ระยะห่างระหว่างครีบ และอากาศที่ไหลขึ้นโดยไม่มีสิ่งกีดขวางอย่างมาก ส่วนการถ่ายเทความร้อนแบบบังคับขึ้นอยู่กับปริมาณอากาศที่ถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ไม่ใช่เพียงการไหลของอากาศอิสระจากพัดลมเท่านั้น การเลือกประเภทนี้ยังส่งผลต่อข้อกำหนดด้านเสียง ฝุ่น ตัวกรอง และการบำรุงรักษาด้วย ให้ตรวจสอบว่าตู้สามารถรองรับปริมาณอากาศที่ตั้งใจไว้ได้ตลอดอายุการใช้งานหรือไม่.

ขอให้ส่งข้อมูลเส้นโค้งประสิทธิภาพของฮีตซิงค์ หรือค่าความต้านทานความร้อนที่ผ่านการทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่ใกล้เคียงกับสภาพการติดตั้งจริง หากข้อมูลดังกล่าวใช้พื้นที่แหล่งความร้อนที่แตกต่างออกไป ให้สอบถามผู้จำหน่ายฮีตซิงค์เกี่ยวกับวิธีการปรับแก้หรือทดสอบข้อมูลดังกล่าว คู่มือการเลือกฮีตซิงค์ของ Infineon เน้นย้ำว่ากระบวนการปรับให้เหมาะสมเป็นกระบวนการที่ทำซ้ำหลายครั้ง และค่าความต้านทานความร้อนที่เผยแพร่มาขึ้นอยู่กับวิธีการวัดที่ใช้.

ขอบเขตการระบายความร้อนควรได้รับการสนับสนุนด้วยข้อมูลความไม่แน่นอนที่คำนวณได้ สภาพแวดล้อมสุดขั้ว และสมมติฐานด้านการบำรุงรักษา การออกแบบตัวระบายความร้อนให้มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็นโดยไม่ตรวจสอบจุดติดต่อและกระแสอากาศ อาจทำให้พลาดจุดคอขวดที่แท้จริงได้ ในทางกลับกัน ตัวระบายความร้อนที่มีขนาดเล็กอาจถือว่าเหมาะสมสำหรับการทำงานแบบเป็นช่วงได้ ก็ต่อเมื่อมีเอกสารบันทึกแบบจำลองความร้อนแบบชั่วคราวและจำนวนรอบการทำงานไว้อย่างชัดเจน.

ใช้ตารางหลักฐานทางความร้อน ไม่ใช่การเปรียบเทียบที่ใช้เพียงค่ากระแสไฟฟ้าเท่านั้น

ให้ข้อมูลทั้งหมดเชื่อมโยงกับเวอร์ชันของแบบวาดและรหัสคำสั่งซื้อเสมอ การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้าง SCR, รูปแบบแพ็กเกจของโมดูล, เส้นทางอากาศ หรือรูปคลื่นควบคุม อาจทำให้การคำนวณความร้อนเดิมไม่ถูกต้อง ฝ่ายจัดซื้อไม่ควรใช้โมดูล “เทียบเท่า” แทนที่โมดูลเดิม โดยพิจารณาจากค่ากระแสไฟฟ้าและแรงดันบนฉลากเท่านั้น หากเส้นทางความร้อนต่างกัน.

ตรวจสอบความถูกต้องด้วยการวัดที่ระดับการทำงานที่เป็นตัวแทน

การคำนวณใช้เพื่อคัดกรองผู้สมัคร; การทดสอบที่ติดตั้งไว้ใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง ให้กำหนดรอบการทำงาน สภาพของตัวเครื่อง และจุดวัดก่อนการทดสอบ การอ่านค่าอุณหภูมิของตัวเครื่องหรือตัวระบายความร้อนจะมีความหมายก็ต่อเมื่อตำแหน่งการวัดตรงกับจุดอ้างอิงในการคำนวณ หากไม่สามารถวัดอุณหภูมิที่จุดต่อโดยตรงได้ ให้ใช้วิธีการที่ผู้ผลิตอนุมัติเพื่อคำนวณอุณหภูมิที่จุดต่อจากค่าที่วัดได้และการสูญเสีย.

ตรวจสอบสภาพการทำงานภายใต้โหลดสูงอย่างต่อเนื่อง รวมถึงสภาพชั่วคราวหรือสภาพการทำงานแบบรอบซ้ำที่สำคัญ บันทึกความเร็วของพัดลม สภาพของตัวกรอง อุณหภูมิแวดล้อม และแหล่งความร้อนในบริเวณใกล้เคียง หากอุณหภูมิที่วัดได้แตกต่างจากค่าที่คาดการณ์ไว้ ให้ตรวจสอบสมมติฐานเกี่ยวกับการสูญเสีย การใช้งานอินเทอร์เฟซ การไหลของอากาศ และตำแหน่งของเซ็นเซอร์ หลีกเลี่ยงการปกปิดความแตกต่างโดยการปรับค่าความต้านทานสมมติเพียงค่าเดียวโดยไม่มีหลักฐานสนับสนุน.

รวมการควบคุมการประกอบในกระบวนการผลิตด้วย ตัวอย่างต้นแบบที่วิศวกรประกอบอย่างระมัดระวังอาจมีประสิทธิภาพการทำงานที่แตกต่างจากการผลิตซ้ำ หากมีการเปลี่ยนแปลงในความครอบคลุมของสารประกอบหรือลำดับการยึดติด ให้กำหนดจุดตรวจสอบที่เหมาะสมกับการใช้งานจริงในโรงงานผลิต แล้วเก็บรักษาขั้นตอนการประกอบที่ได้รับการตรวจสอบแล้วไว้ในบันทึกผลิตภัณฑ์.

สิ่งที่ควรส่งมาพร้อมกับการสอบถามเกี่ยวกับโมดูล SCR

ส่งข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างวงจร รูปแบบคลื่นและอัตราการทำงาน (duty cycle) แรงดันบล็อกที่ต้องการ เหตุการณ์โอเวอร์โหลดที่อาจเกิดขึ้น พื้นที่ติดตั้งฮีตซิงค์ที่มีอยู่ สภาพแวดล้อมและสภาพการไหลของอากาศ การจัดวางการติดตั้ง และเอกสารที่จำเป็น ขอข้อมูลการสูญเสียพลังงานและข้อมูลความร้อนของโมดูลอย่างแม่นยำ แบบวาดทางกลไก คำแนะนำเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซ และคู่มือการติดตั้ง หมวดหมู่โมดูล SCR/thyristor ช่วยระบุกลุ่มผลิตภัณฑ์; การเลือกยังคงขึ้นอยู่กับรุ่นเฉพาะ.

เพื่อเข้าใจบริบทในการจัดหาสินค้า โปรดดู กลุ่มผลิตภัณฑ์ MTA dual-SCR, ตระกูล MTC SCR หรือ กลุ่มผลิตภัณฑ์ MTC สำหรับกระแสสูง ตามความเหมาะสม หน้าเว็บเหล่านี้ไม่ใช่สิ่งแทนที่สำหรับเส้นโค้งการสูญเสียปัจจุบันหรือคู่มือการติดตั้ง โปรดสอบถาม RITOKS สำหรับชุดเอกสารเฉพาะก่อนที่จะล็อกรหัสคำสั่งซื้อ.

คำถามที่พบบ่อย

สามารถเลือกฮีตซิงค์ได้จากค่ากระแสไฟฟ้าที่กำหนดของ SCR ได้หรือไม่?

ไม่ครับ ค่ากระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ปัจจุบันเป็นเพียงตัวกำหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์หนึ่งเท่านั้น ส่วนรูปคลื่นจริง การสูญเสีย สภาพแวดล้อม สภาพการเชื่อมต่อ และระบบระบายความร้อน เป็นปัจจัยที่กำหนดความต้องการด้านความร้อน.

การเพิ่มพัดลมจะช่วยรับประกันกำไรที่มากขึ้นได้หรือไม่?

เฉพาะเมื่อมีกระแสอากาศที่เพียงพอไหลถึงพื้นผิวครีบที่เกี่ยวข้องในสภาพการติดตั้งแล้วเท่านั้น ให้ตรวจสอบตัวกรอง สิ่งกีดขวาง สภาพการทำงานของพัดลม และข้อมูลประสิทธิภาพของอ่างล้าง.

หลักฐานการรับมอบงานขั้นสุดท้ายคืออะไร?

การคำนวณที่เฉพาะเจาะจงตามแบบเครื่อง, วิธีติดตั้งที่ได้รับการควบคุม และการทดสอบอุณหภูมิที่เป็นตัวแทน ร่วมกันก่อให้เกิดการตัดสินใจที่มีเหตุผลรองรับ ไม่มีเอกสารใดที่สามารถพิสูจน์ทั้งสามข้อได้.

สรุปแล้ว

กำหนดการสูญเสียทางไฟฟ้าก่อน แล้วติดตามเส้นทางความร้อนทั้งหมด และตรวจสอบชุดประกอบที่ติดตั้งไว้ คู่โมดูล SCR/ฮีตซิงค์เป็นการตัดสินใจระดับระบบ ให้ข้อมูลความร้อนที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขและเฉพาะสำหรับแบบนั้นปรากฏอยู่ในคำขอเสนอราคา (RFQ) แทนที่จะเติมข้อมูลด้วยสมมติฐานจากแคตตาล็อก แบบวาดสุดท้ายควรระบุโมดูลที่เลือกไว้ ตัวระบายความร้อน วัสดุต่อประสาน ทิศทางการไหลของอากาศ และเงื่อนไขการทดสอบที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว เป็นชุดประกอบที่ได้รับการควบคุมอย่างครบถ้วน.

แหล่งอ้างอิง

• Infineon, 34 mm and 50 mm Solder Bond Modules — Use and Installation Manual (AN2018-07).
• Infineon: คู่มือการออกแบบระบบความร้อนและการเลือกตัวระบายความร้อน (หลักการทั่วไปของตัวระบายความร้อน; ไม่ใช่ข้อมูลจำเพาะของ RITOKS SCR).
• Semikron Danfoss, คู่มือการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์กำลัง.