Articles

Termisk runaway

noen elektroniske komponenter utvikler lavere motstander eller lavere utløsende spenninger (for ikke-lineære motstander) når deres indre temperatur øker. Hvis kretsforholdene forårsaker markant økt strømstrøm i disse situasjonene, kan økt strømfordeling øke temperaturen ytterligere ved Joule-oppvarming. En ond sirkel eller positiv feedback effekt av termisk rømling kan føre til svikt, noen ganger på en spektakulær måte(f. eks elektrisk eksplosjon eller brann). For å forhindre disse farene, inneholder godt utformede elektroniske systemer vanligvis strømbegrensende beskyttelse, for eksempel termiske sikringer, effektbrytere eller ptc-strømbegrensere.

for å håndtere større strømmer, kan kretsdesignere koble flere enheter med lavere kapasitet (f.eks. transistorer, dioder eller MOVs) parallelt. Denne teknikken kan fungere bra, men er utsatt for et fenomen som kalles current hogging, der strømmen ikke deles likt på tvers av alle enheter. Vanligvis kan en enhet ha en litt lavere motstand, og trekker dermed mer strøm, oppvarmer den mer enn sine søskeninnretninger, noe som får motstanden til å falle ytterligere. Den elektriske belastningen ender opp med å trekke inn i en enkelt enhet, som så raskt svikter. Dermed kan en rekke enheter ende opp med ikke mer robust enn den svakeste komponenten.

strømhoggingseffekten kan reduseres ved å nøye tilpasse egenskapene til hver parallellenhet, eller ved å bruke andre designteknikker for å balansere den elektriske belastningen. Det kan imidlertid ikke være enkelt å opprettholde belastningsbalansen under ekstreme forhold. Enheter med en egen positiv temperaturkoeffisient (ptc) av elektrisk motstand er mindre utsatt for nåværende hogging, men termisk rømling kan fortsatt oppstå på grunn av dårlig varmesynking eller andre problemer.

Mange elektroniske kretser inneholder spesielle bestemmelser for å hindre termisk runaway. Dette er oftest sett i transistorforspenningsordninger for høyeffektutgangstrinn. Men når utstyr brukes over sin utformede omgivelsestemperatur, kan termisk runaway fortsatt forekomme i noen tilfeller. Dette fører noen ganger til utstyrssvikt i varme miljøer, eller når luftkjølingsventiler er blokkert.

SemiconductorsEdit

Silisium viser en særegen profil, ved at dens elektriske motstand øker med temperatur opp til ca 160 °C, deretter begynner å avta, og synker ytterligere når smeltepunktet er nådd. Dette kan føre til termiske runaway fenomener innenfor indre områder av halvlederkoblingen; motstanden minker i områdene som blir oppvarmet over denne terskelen, slik at mer strøm kan strømme gjennom de overopphetede områdene, noe som igjen forårsaker enda mer oppvarming i forhold til de omkringliggende områdene, noe som fører til ytterligere temperaturøkning og motstandsreduksjon. Dette fører til fenomenet nåværende trengsel og dannelse av nåværende filamenter (lik nåværende hogging, men innenfor en enkelt enhet), og er en av de underliggende årsakene til mange halvlederknusningsfeil.

Bipolare junction transistorer (BJTs)Edit

Lekkasjestrøm øker betydelig i bipolare transistorer (spesielt germanium-baserte bipolare transistorer) som de øker i temperatur. Avhengig av utformingen av kretsen, kan denne økningen i lekkasjestrøm øke strømmen som strømmer gjennom en transistor og dermed strømfordelingen, noe som forårsaker en ytterligere økning i kollektor-til-emitter lekkasjestrøm. Dette er ofte sett i en push-pull scenen i en KLASSE AB forsterker. Hvis pull-up og pull-down transistorer er partisk for å ha minimal crossover forvrengning ved romtemperatur, og forspenningen ikke er temperaturkompensert, så når temperaturen stiger begge transistorer vil bli stadig partisk på, forårsaker strøm og kraft til å øke ytterligere, og til slutt ødelegge en eller begge enheter.en tommelfingerregel for å unngå termisk runaway er å holde driftspunktet til EN BJT slik At vce ≤ 1/2Vcc

En annen praksis er å montere en termisk tilbakemelding sensing transistor eller annen enhet på kjøleribben, for å kontrollere crossover bias spenningen. Som utgang transistorer varme opp, så gjør termisk tilbakemelding transistor. Dette i sin tur fører til termisk tilbakemelding transistor å slå på på en litt lavere spenning, redusere crossover bias spenning, og så redusere varmen utsvevende av utgangstransistorer.

hvis FLERE BJT-transistorer er koblet parallelt (som er typisk i høystrømsapplikasjoner), kan det oppstå et nåværende hoggingsproblem. Spesielle tiltak må tas for å kontrollere Denne karakteristiske sårbarheten Til BJTs.

i krafttransistorer (som effektivt består av mange små transistorer parallelt), kan strømhogging forekomme mellom forskjellige deler av transistoren selv, med en del av transistoren blir mer varm enn de andre. Dette kalles andre sammenbrudd, og kan føre til ødeleggelse av transistoren selv når den gjennomsnittlige kryssetemperaturen ser ut til å være på et trygt nivå.

Power MOSFETsEdit

Power Mosfet øker vanligvis deres motstand mot temperatur. Under noen omstendigheter fører strømmen i denne motstanden til mer oppvarming av krysset, noe som ytterligere øker kryssetemperaturen, i en positiv tilbakemeldingssløyfe. Som en konsekvens har kraftmosfeter stabile og ustabile operasjonsområder. Økningen av on-resistance med temperatur bidrar imidlertid til å balansere strømmen over flere Mosfeter koblet parallelt, slik at nåværende hogging ikke forekommer. HVIS EN mosfet-transistor produserer mer varme enn kjøleflaten kan spre seg, kan termisk runaway fortsatt ødelegge transistorene. Dette problemet kan lindres i en grad ved å senke den termiske motstanden mellom transistoren og kjøleflaten. Se Også Thermal Design Power.

Metal oxide varistors (MOVs)Edit

Metal oxide varistors vanligvis utvikle lavere motstand som de varme opp. Hvis koblet direkte over EN AC eller LIKESTRØM buss (en vanlig bruk for beskyttelse mot elektriske transienter), EN MOV som har utviklet en senket trigger spenning kan gli inn katastrofale termisk runaway, muligens kulminerte i en liten eksplosjon eller brann. For å forhindre denne muligheten, er feilstrøm vanligvis begrenset av en termisk sikring, bryter eller annen strømbegrensende enhet.

Tantalkondensatorerrediger

Tantalkondensatorer er under visse forhold utsatt for selvdestruksjon av termisk rømling. Kondensatoren består vanligvis av en sintret tantalsvamp som virker som anoden, en mangandioksidkatode og et dielektrisk lag av tantalpentoksid opprettet på tantalsvampoverflaten ved anodisering. Det kan hende at tantaloksydlaget har svake flekker som gjennomgår dielektrisk sammenbrudd under en spenningsspike. Tantalsvampen kommer da i direkte kontakt med mangandioksidet, og økt lekkasjestrøm forårsaker lokalisert oppvarming; vanligvis driver dette en endoterm kjemisk reaksjon som produserer mangan (III) oksid og regenererer (selvhelbredende) tantaloksyddielektrisk lag.men Hvis energien som forsvinner ved feilpunktet er høy nok, kan en selvbærende eksoterm reaksjon starte, lik termittreaksjonen, med metallisk tantal som drivstoff og mangandioksid som oksidasjonsmiddel. Denne uønskede reaksjonen vil ødelegge kondensatoren, produsere røyk og muligens flamme.

derfor kan tantalkondensatorer fritt distribueres i små signalkretser, men bruk i høykraftskretser må være nøye utformet for å unngå termiske feil.

Digital logicEdit

lekkasjestrømmen til logikkbrytertransistorer øker med temperaturen. I sjeldne tilfeller kan dette føre til termisk runaway i digitale kretser. Dette er ikke et vanlig problem, siden lekkasjestrømmer vanligvis utgjør en liten del av det totale strømforbruket, så økningen i kraft er ganske beskjeden — For En Athlon 64 øker strømfordelingen med ca 10% for hver 30 grader Celsius. For en enhet med EN TDP på 100 W, for termisk runaway å skje, kjøleribben må ha en termisk resistivitet på over 3 K / W (kelvins per watt), som er ca 6 ganger verre enn en aksje Athlon 64 kjøleribbe. (En lager Athlon 64 kjøleribbe er vurdert til 0.34 K / W, selv om den faktiske termiske motstanden mot miljøet er noe høyere, på grunn av den termiske grensen mellom prosessor og kjøleribbe, stigende temperaturer i saken og andre termiske motstander.) Uansett, en utilstrekkelig kjøleribbe med en termisk motstand på over 0,5 til 1 K / W vil resultere i ødeleggelse av en 100 w enhet selv uten termiske runaway effekter.

BatteriesEdit

når de håndteres feil, eller hvis de produseres feil, kan enkelte oppladbare batterier oppleve termisk rømling som resulterer i overoppheting. Forseglede celler vil noen ganger eksplodere voldsomt hvis sikkerhetsventiler er overveldet eller ikke-funksjonelle. Spesielt utsatt for termisk runaway er litiumionbatterier, mest markant i form av litiumpolymerbatteriet. Rapporter om eksploderende mobiltelefoner vises noen ganger i aviser. I 2006 ble batterier fra Apple, HP, Toshiba, Lenovo, Dell og andre bærbare produsenter tilbakekalt på grunn av brann og eksplosjoner. Rørledningen Og Farlige Materialer Safety Administration (PHMSA) AV USA Department Of Transportation har etablert forskrifter om bæring av visse typer batterier på fly på grunn av deres ustabilitet i visse situasjoner. Denne handlingen ble delvis inspirert av en lastebrann på ET UPS-fly.En av de mulige løsningene er å bruke sikrere og mindre reaktive anode (litium titanater) og katode (litium jernfosfat) materialer — og dermed unngå koboltelektroder i mange litium oppladbare celler-sammen med ikke-brennbare elektrolytter basert på ioniske væsker.