高海拔对功率模块应用的影响.pdf

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1、高海拔对功率模块应用的影响2010年10月PowerSeminar高海拔环境的两个主要特点及其影响
高海拔空气稀薄，气压低。气压低电气间隙（Clearance）的击穿电压降低空气稀薄风流量减小
海拔高度增加，宇宙射线粒子增加。宇宙射线粒子破坏功率器件的空间电荷区电场，造成器件失效。10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreserved.Page2高海拔和电气间隙（Clearance）
帕邢定律：在均匀电场中，击穿电压和电极距离与气压的乘积成正

2、比。气压降低、间隙距离不变击穿电压降低：绝缘？
安规（如IEC60664-1）对绝缘的相关规定：由系统电压、过压等级和绝缘等级确定所需电气间隙距离，并按海拔高度进行修正。例如：对于400V相电压/690V线电压系统，如考虑在过压等级3条件下满足加强绝缘（reinforcedinsulation）要求，则电气间隙距离应为8mm（海拔2000米或以下时）。电气间隙距离的海拔修正系数（IEC60664-1）10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreser

3、ved.Page3高海拔对功率模块应用的影响-电气间隙
功率模块：封装的电气间隙距离应满足海拔高度所对应的要求FFxxxxR17KE3（IHM-A）：10.0mm（4000米10.32mm）FZxxxxR17KE3（IHM-A）：19.0mm（8000米18mm）FFxxxxR17IE4（PrimePACK）：19.0mm（8000米18mm）FZxxxxR17HP4（IHM-B）：19.1mm（9000米20.96mm）
系统（变流器）：电气间隙距离的设置应满足海拔高度所对应的要求
当电气间隙距离无法调整

4、、模块无法更换时（即：按低海拔设计的系统用于高海拔时）：电压降额使用（降低系统额定电压）直流母线电压交流电压10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreserved.Page4高海拔对功率模块应用的影响-风流量
功率模块的散热：风冷、水冷
系统（变流器）其它部分（PCB、电容、冷却液）的散热：风冷
空气稀薄、风机不变风流量减小散热效果变差直接影响风冷变流器的电流输出能力间接影响水冷变流器的电流输出能力
按高海拔环境设计风冷（风机、散热器）和选择

5、功率模块的电流规格
当风流量无法调整、模块无法更换时（即：按低海拔设计的系统用于高海拔时）：电流降额使用（降低系统的额定输出电流）10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreserved.Page5高海拔和宇宙射线
宇宙射线：由宇宙星体产生、并在辐射过程中衍生出的高能粒子原生：可能为超新星、恒星体产生，和太阳活动有关次生：辐射过程中衍生出的核子（质子、中子）、介子和电磁辐射
次生射线可直达地面并覆盖广大区域。
中子破坏功率器件的空间电荷区电场（原子电离

6、反应），造成器件失效。10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreserved.Page6高海拔和宇宙射线
宇宙射线粒子数随海拔高度的增加而增加（海拔高度15千米以下区间）
宇宙射线所造成的器件失效率随海拔高度的增加而加速上升Accelerationfactorsforcosmicradiationsensitivitymeasurements50005000MontBlanc:3940004000Jungfraujoch:1630003000Zugspi

7、tze:11Altitude[m]Altitude[m]2000200010001000M黱黱黱黱黱黱chen:1.4Warstein:1.2S鰈鰈鰈knerZTKM6,06.05.199800110100Accelerationfactor(sealevel=1)10.02.2010Copyright©InfineonTechnologies2010.Allrightsreserved.Page7功率器件的失效率（FIT）
由宇宙射线造成的功率器件失效率，除了和海拔高度有关，也和另外两个因素有关器件关断状态下承受的实际

8、电压（直流母线电压，相对于器件的阻断电压规格）：直流母线电压，失效率芯片温度（结温）：结温，失效率1,E+07RT,sealevelFF450R17ME4CosmicRadiationInducedFailureRate1,E+06perDeviceRT,4000m1,E+051,E+04FI