Quels problèmes de dissipation thermique faut-il prendre en compte lors de l'utilisation de diodes dans les onduleurs ?

一, Conception d'optimisation du chemin de dissipation thermique

1. Optimisation de la conception thermique des PCB
Expansion de la feuille de cuivre : l'augmentation de la surface de la feuille de cuivre anode/cathode (telle que la mise à niveau de 1 oz à 2 oz) peut réduire la résistance thermique de 30 %. Par exemple, en disposant des vias de dissipation thermique (diamètre 0,5 mm, espacement 1 mm) autour des pastilles de diode, la chaleur peut être conduite vers la couche inférieure du PCB, améliorant ainsi l'efficacité de la dissipation thermique de 25 %.
Isolation de la disposition : Pour éviter le couplage thermique entre les diodes de puissance et les circuits de commande, il est recommandé d'avoir un espacement supérieur ou égal à 5 mm. En raison d'un espacement insuffisant entre les MOSFET et les diodes dans un certain onduleur de voiture, la température de la puce de contrôle a dépassé la norme, provoquant de fausses actions de protection.
2. Sélection de la méthode de dissipation thermique
Dissipation thermique du refroidissement par air : adaptée aux scénarios avec densité de puissance<5W/cm ³, requiring control of airflow velocity ≥ 2m/s. For example, a 10kW household energy storage inverter uses an axial fan to control the diode junction temperature within 110 ℃.
Dissipation thermique du refroidissement liquide : lorsque la densité de puissance est supérieure à 10 W/cm³, le système de refroidissement liquide peut réduire la température de jonction de 40 degrés. Après l'adoption de modules refroidis par liquide, la durée de vie des diodes dans un onduleur de centre de données a été prolongée de 8 à 15 ans.
Matériau à changement de phase (PCM) : Dans un espace confiné, le PCM peut absorber un choc thermique instantané. Des expériences ont montré que l'intégration du PCM dans un onduleur de 5 kW réduit l'amplitude des fluctuations de température des diodes de 60 %.
2, Mesures clés dans la pratique de l'ingénierie
1. Critères de sélection des appareils
Marge de tension et de courant : la tension nominale de la diode doit être supérieure ou égale à 1,5 fois la tension maximale du système, et le courant nominal doit être supérieur ou égal à 2 fois le courant moyen. Par exemple, dans un système photovoltaïque de 1 000 V, une diode résistante à la tension de 1 200 V doit être sélectionnée.
Faible VF et faibles caractéristiques IR : appareils avec VF<0.5V (Schottky diodes) or VF<1.5V (SiC diodes) are preferred. After using STPS30H100 Schottky diode (VF=0.4V) in a certain micro inverter, the efficiency was improved by 1.2%.
2. Surveillance de la température en temps réel
Thermistance NTC : intégrée au NTC à l’intérieur du boîtier de diodes, elle peut surveiller la température de jonction en temps réel. Un certain onduleur photovoltaïque ajuste dynamiquement la fréquence de commutation via un retour NTC, réduisant ainsi la plage de fluctuation de la température de jonction des diodes de ± 15 degrés à ± 5 degrés.
Imagerie thermique infrarouge : une détection infrarouge régulière est utilisée pour identifier les points chauds locaux. Lors de la maintenance d'un convertisseur d'énergie éolienne, il a été constaté que les plots de soudure des diodes étaient virtuels, provoquant une augmentation locale de la température pouvant atteindre 80 degrés. Après réparation, l'efficacité du système a été rétablie à 98,5 %.
3. Stratégie d'utilisation réduite
Ajustez la puissance de sortie en fonction de la température ambiante :

Environnement à 40 degrés : utilisation avec une réduction de 5 % de la note ;
Environnement à 60 degrés : utilisation avec une réduction de 20 % de la note.
Une centrale photovoltaïque dans un désert a mis en œuvre une stratégie de déclassement, réduisant le taux de défaillance des diodes de 0,8 %/an à 0,2 %/an.