大电流下二极管散热性能研究-谈剑豪-solarbe文库

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2018 For A Better World Environment and Future quotation 大电流下二极管热性能研究谈剑豪光伏产品检验检测中心苏州腾晖光伏技术有限公司光伏产品检验检测中心苏州腾晖光伏技术有限公司 CNAS L9883 实验室建设进程性能检测室投入运行环境检测室投入运行安全检测室投入运行实验室管理体系建立运行测试团队建设完成获得 CNAS认可证书 2015.10 2015.11 2016.01 2016.01 2016.05 2017.04 检测能力实验室占地面积 2000平方米，拥有国内外先进仪器设备 60余台。实验室下设五个功能实验室材料检测实验室、安全检测实验室、性能检测实验室、环境检测实验室以及电池测试实验室，测试能力基本覆盖 IEC61215、 61730、 UL1703等国际标准检测项目。性能检测室目录 1. 前言 2. 失效原理和问题描述 3. 试验方法介绍 4. 试验样品选择 5. 试验数据分析 6. 总结前言  太阳能已经被大规模应用于各个行业，近几年来大型光伏并网电站也在整个能源供应结构中占据了很大的比例。随着技术的进步，电池效率也得到了很大的提高。研究表明，接线盒中的二极管不论在旁路工作还是反向截止状态，都会产生热量。当二极管产生的热量大于接线盒耐温能力后，温升和漏电流造成二极管击穿。二极管击穿后容易引起接线盒和 EVA胶膜燃烧，最终烧毁整个电站。二极管击穿机理和问题描述  当组件正常工作的时候，二极管是反向偏置的。当组件被遮挡之后（比如电线杆、房屋、树叶等），有些电池片在回路中不能正常发电。遮挡的电池片加上反向电压，回路中其他电池片将提供正向电压来保护遮挡电池片。在上述情况下，当电流流过时二极管的温度会升高。当遮挡撤离，组件恢复正常工作，二极管再次反偏截止。根据应用在光伏组件中二极管的漏电流与温度有函数级的特性，如果二极管的温度升高可以使其漏电流大大增加，更糟糕的情况是组件上二极管的加热超出了其本身的冷却能力，最终结果是升高的热量使二极管烧毁。二极管击穿机理和问题描述试验方法介绍热斑发生（二极管正向导通二极管表面温度快速升高漏电流增加温度平稳后至少 10min 10ms内切断正向电流，并加反向电压观察二极管是否会击穿击穿是否可以恢复试验方法简介图步骤 a.接线盒放入烘箱，加热至 90℃ 待温度稳定； b.通入短路电流，流过二极管，使其温度继续升高观察温度变化，大概 1小时后温度完全稳定； c. 撤离正向导通的短路电流，瞬时切换成反偏电压保持一分钟，观察此时流过二极管的电流，电压，已经温度变化试验样品选择  为了尽量消除接线盒中其他因素对测量结果的干扰，我们选同一封装厂制造的，针对不同功率档位设计的两款接线盒， 130mil芯片二极管，同一厂家制造的二极管，做成 2个灌胶接线盒（ A/B）对比样品。试验样品选择尺寸（ mm 额定电流 A 二极管封装二极管 Vf 二极管 Vrrm 二极管 IR Tj100 C 样品 A 113*87*17 15 贴片 0.6 45 200 样品 B 105.5*82.5*17 12.8 贴片 0.5 40 100 试验数据分析 162.6 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 二极管壳温（ ℃ ）时间（ s）样品 A温度和压降曲线 noA_1壳温 ℃ noA_2壳温 ℃ noA_3壳温 ℃ noA_1压降 V noA_2压降 V noA_3压降 V 2.997 3 47.997 47.997 47.997 47.997 7.15 7.063 6.982 6.895 11.998 11.998 0.303 0.420 0.497 0.732 12.001 11.999 11.998 11.998 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 2655 2660 2665 2670 2675 -10 0 10 20 30 40 50 60 电压显示（ V）时间（ s）电流显示（ A ）样品 A二极管被击穿电流和电压变化电压显示 V 电流显示 A 完全击穿后电流与正向导通时一样击穿后二极管两端的压降变小试验数据分析 100 120 140 160 180 200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 温度（ ℃ ）时间（ s）样品 B试验温度曲线变化 noA_1壳温 ℃ noA_2壳温 ℃ noA_3壳温 ℃ 拐点 C 拐点 B 拐点 A A.通 14A电流，反偏电压 15V不足以击穿二极管 B.旁路二极管短路，中间二极管加反偏电压瞬间 C.贴在中间二极管的温度急剧上升试验数据分析 3.4 3.3 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 14.00 14.00 0.28 0.31 0.33 0.41 0.49 0.68 14.00 14.00 14.00 14.00 14.00 14.00 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 25 1310 1316 1322 1328 1334 1340 电流（ A）电压（ V）时间（ s）样品 B被击穿瞬间的电流电压电压显示 V 电流显示 A 击穿过程电流逐渐增大完全击穿后电流与正向导通时一样 154.1 154.2 157.4 183.6 199.7 100 120 140 160 180 200 1250 1300 1350 1400 1450 温度（ ℃ ）时间（ s） 0 2 击穿后温度急剧上升试验数据分析二极管被击穿后压降升高的原因 01 02 03 04 外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，二极管将被击穿。当正向电压大于导通电压以后， PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。被击穿可以简单的看成黄色挡板开了个口子，即电流正反向都导通，但是电流流的路径变窄，电阻升高。在电流不变的情况下，压降也升高。总结  电流和温度是影响硅基二极管长期可靠工作的重要因素。接线盒是连接光伏电池和系统的唯一电路通路。只有接线盒长期可靠的工作，系统才能稳定可靠发电。从上面实验容易得出，接线盒的散热能力主要依赖盒体的结构设计。  高效组件的电流比较大，发热比较厉害，就更应该注意接线盒的散热，这样才能保障二极管在高温下的通过电流能力和保障其长期可靠性。  在接线盒中，占成本次高的是二极管。而为了降低高效电池大电流带来的高温，目前接线盒厂家在不改变原接线盒尺寸和散热结构条件下，只好通过使用沟槽工艺二极管或提高芯片尺寸来降低二极管温度。良好散热结构的接线盒还可以在保证质量的前提下减小接线盒的体积，降低接线盒的成本。 Thanks a lot