اتوماسیون صنعتی برند یاسکاوا و زیمنس

برند یاسکاوا با استفاده از روش تست حرارتی پیشرفته زیمنس توانست رضایت مشتریان خود را جلب کند. Simcenter T3STER به صنایع  اجازه می‌دهد تا مستقیماً دمای تراشه را اندازه گیری کنند و کیفیت کارکرد محصول را افزایش دهند.

برند یاسکاوا

برند یاسکاوا درایوها و اینورترها را برای اهداف صنعتی و هوارسانی، آسانسورها، کنترل‌کننده‌های حرکت و ربات‌ها برای کاربردهای  صنعتی و نیمه هادی تولید می‌کند.ماژول های توان بالا یک جزء کلیدی در بسیاری از محصولات برند یاسکاوا هستند، اما مدیریت حرارت یک چالش مهم در طراحی محصول است. اکثر محصولات موجود در بازار به دلیل شرایط اضافه جریان/ولتاژ با شکست مواجه می‌شوند، بنابراین علت اصلی فرسودگی شغلی ناشناخته است. آنچه شناخته شده است بهبود کیفیت حرارتی محصولات برای کاهش خرابی ضروری است.

یاسکاوا، سازنده ژاپنی سرووها، کنترل‌کننده‌های حرکت، درایوهای موتور جریان متناوب (AC)، سوئیچ‌ها و ربات‌های صنعتی، قبلاً از شبیه‌ سازی‌های حرارتی برای بهبود کیفیت محصول در مرحله طراحی و اطمینان از تحقق سریع محصول استفاده می‌کرد. برند یاسکاوا برای بهبود بیشتر کیفیت توان حرارتی محصولات خود، نیاز داشت تا با اعتبارسنجی شبیه‌سازی‌های حرارتی با اندازه‌گیری‌ها، بر بهبود فناوری کلی طراحی حرارتی خود تمرکز کند. Yaskawa می‌خواست دمای داخلی تراشه را اندازه گیری کند تا مقادیر نظری مورد استفاده در شبیه سازی های حرارتی را تأیید کند تا اطمینان حاصل شود که محصولات مطابق طراحی عمل می‌کنند و کیفیت حرارتی را بیشتر بهبود بخشد.

ماژول های قدرت برند یاسکاوا

یاسکاوا  از طیف گسترده ای از ماژول های قدرت مانند ترانزیستور های دوقطبی با گیت عایق (IGBT) و ترانزیستور های اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFETS) از 100 آمپر (A) تا چندین کیلو آمپر (kA) استفاده می‌کند. یکی از نگرانی های برند یاسکاوا این بود که آیا می‌توان از سخت افزار Simcenter™ T3STER™ برای اندازه گیری چنین قطعاتی استفاده کرد. Simcenter بخشی از پلتفرم تجاری نرم افزار، سخت افزار و خدمات زیمنس Xcelerator است. Simcenter T3STER دارای محدوده 10 ولت (V) / 2A است که توسط تقویت کننده های ولتاژ یا جریان افزایش می‌یابد، اما با این وجود، اندازه گیری قطعات دارای رتبه kA با توان کامل دشوار است.

برای تعیین این موضوع، یاسکاوا از Simcenter T3STER با یک تقویت کننده  A400 برای اندازه گیری یک ماژول تجاری 800 آمپر  IGBT که به یک صفحه سرد داخلی، با آب خنک، با دمای کنترل شده توسط حمام سرد خارجی متصل شده است، استفاده کرد.

اولین کار کالیبره کردن ضریب دمای ترانزیستوربود که مشخص شد در محدوده دمایی مورد نظر بسیار خطی است (دمای اتاق تا 80 درجه سانتیگراد / 176 درجه فارنهایت). این قطعه در 50 آمپر، 100A،  200A و 400 آمپر اندازه گیری شد تا بررسی شود که چگونه پاسخ حرارتی با جریان تغییر می کند. یاسکاوا دریافت که بالاتر از 100آمپر دمای نرمال شده در مقابل پاسخ های زمان بندی شده باید در نظر گرفته شود تا آنها را در قسمت اولیه گذرا (زیر 0.2 ثانیه) مطابقت دهد.

Simcenter T3STER پاسخ دمای قالب را حس می‌کند. در توان‌های بالاتر، نسبت فزاینده‌ای از اتلاف کل توان از تراشه، در سیم سرب، و سیم‌کشی و غیره در ماژول رخ می‌دهد، که در نتیجه نیاز است که پاسخ برای مطابقت با پاسخ در توان‌های پایین‌تر فاکتور شود. از آنجایی که منحنی ها تا جایی که گرما از بسته خارج می‌شود مطابقت دارند، می توان از Simcenter T3STER برای آزمایش یکپارچگی ساختار داخلی قطعات در توان کمتر استفاده کرد. از آنجایی که برند یاسکاوا در کاربردهای حیاتی ایمنی مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای اطمینان از کیفیت نهایی، اندازه گیری توان عملیاتی بالا در طول تولید مورد نیاز است. نتایج فوق نشان می‌دهد که جریان های کمتری را می توان برای ارزیابی و آزمایش یکپارچگی ساختاری ماژول های قدرت استفاده کرد.

ارزیابی قابلیت اطمینان ماژول

برای تست قابلیت اطمینان، قطعات باید تحت تنش حرارت توسط چرخه قدرت قرار گیرند. یک چالش اندازه گیری دقیق دمای اتصال (TJ) برای تعیین سطح تنش قطعه است. ترموگرافی یا تصویربرداری حرارتی مناسب نیست زیرا محل اتصال در زیر سطح بسته قرار دارد. استفاده از ترموکوپل در زیر بسته دقت کمتری دارد زیرا دمای کیس را اندازه گیری می کند نه دمای تراشه. از این رو تولید یک ΔTJ مطلوب با دقت بالا دشوار است.

برای رفع این مشکل، برند یاسکاوا دوباره به Simcenter T3STER زیمنس روی آورد. این امکان وجود دارد که پاسخ دمای نرمال شده در مقابل زمان برای یک توان معین را به یک پاسخ معادل که قدرت را در مقابل دما برای هر افزایش دمای مطلوب نشان می دهد، جابه جا کرد. مثالی برای افزایش دمای 80 درجه سانتیگراد (176 درجه فارنهایت) در شکل زیر نشان داده شده است.

از نمودار می توان ترکیبی از توان و مدت زمان را خواند که دمای اتصال را 80 درجه سانتیگراد افزایش می دهد (مثلاً 1500 وات برای 2 بار همانطور که در نمودار نشان داده شده است). بنابراین Simcenter T3STER اجازه می دهد تا اندازه گیری های چرخه قدرت به طور دقیق برنامه ریزی شود.

Yaskawa با موفقیت Simcenter T3STER را پذیرفته است. برای اولین بار این توانایی اندازه گیری مستقیم دمای تراشه را فراهم می کند و به آن ها اجازه می دهد تا با اندازه گیری مستقیم مقاومت ها و خازن های حرارتی حاصل، صحت مقادیر طراحی پارامترهای حرارتی را تأیید کنند. با این کار آن ها می توانند کیفیت حرارتی محصولات خود را افزایش دهند.