Osaka Üniversitesi araştırmacıları, akustik emisyon sayımlarını kullanarak elektrik gücü dönüştürme cihazlarındaki gelecekteki arızaları test etmek için erken aşama bir yöntem geliştirdi; Science Daily bunu bildirdi.

 

“Yakın zamanda IEEE Transactions on Power Electronicsdergisinde yayımlanan bir çalışmada, Osaka Üniversitesi'nden araştırmacılar, güç döngüsü testleri sırasında silikon karbür Schottky diyotundaki çatlakların yayılmasını gerçek zamanlı olarak izlediler. Araştırmacılar, bu amaç için daha önce bildirilmemiş olan akustik emisyon olarak bilinen bir analiz tekniği kullandılar,” diye belirtti Science Daily.

Güç elektroniği, elektrik gücünü düzenler ve değiştirir. Bilgisayarlarda, güç direksiyon sistemlerinde, güneş pillerinde ve birçok diğer teknolojide bulunur. Araştırmacılar, silikon karbür yarı iletkenleri kullanarak güç elektroniğini geliştirmeyi hedeflemektedir. Ancak, çatlak gibi aşınma kaynaklı arızalar hâlâ sorun teşkil etmektedir. Araştırmacıların gelecekteki cihaz tasarımlarını iyileştirmesine yardımcı olmak için, tam arızadan önce güç elektroniğinde erken hasar tespiti gereklidir.

 

 

Şekil 1. Akustik emisyon (AE), Ag sinter kalıp bağlantılı ayrık SiC Schottky bariyer diyot (SBD) cihazlarındaki aşınma kaynaklı arızayı izlemek için uygulanmış ve Al şeritlerin arıza ilerlemesini gerçek zamanlı olarak ilk kez başarıyla izlemeyi mümkün kılmıştır. (a) Bir SiC-SBD cihazının optik görüntüsü. (b) Kesit SEM görüntüsü. (c) Güç döngüsü testleri ve gerçek zamanlı AE izleme için deneysel düzenek. (d) Toplanan AE sinyalinin dalga formu ve sayım ile genlik dahil özellikleri. (e) Bir güç döngüsü testi sırasında güç elektroniğinde AE sinyallerinin (yani elastik dalgaların) oluşumu, yayılımı ve toplanması. Kaynak: Osaka Üniversitesi

 

Araştırmacılar cihazı tekrar tekrar açıp kapatırken diyotta zamanla oluşan hasarı izleyerek, silikon karbür Schottky diyotuna tutturulmuş alüminyum şeritlerde ilerleyen hasar tespit ettiler ve artan akustik emisyonun şeritlerdeki ilerleyen hasarla örtüştüğünü buldular.

"Bir dönüştürücü, güç döngüsü testleri sırasında akustik emisyon sinyallerini ölçülebilir bir elektrik çıkışına dönüştürür," dedi baş yazar ChanYang Choe raporda. "Cihazdaki yorulma çatlağıyla tutarlı olan patlama tipi dalga formları gözlemledik."

 

Şekil 2. Güç açma-kapama anahtarlaması ve ortam gürültüsü dahil arka plan AE gürültüsü, gürültü filtreleme yoluyla ortadan kaldırıldıktan sonra, bir güç döngüsü testi sırasında SiC cihazları için AE sinyalleri başarıyla toplanmıştır. (a) Bir güç döngüsü testinden sonra arızalanan ayrık SiC-SBD cihazlarının kalkma (lift-off) arıza analizi sonuçları. (b) Ara yüzeyde çok sayıda çatlağın gözlemlendiği, arıza öncesi bir Al şeridin kesiti. (c) Tek başına AE izleme, geleneksel arıza izleme yöntemiyle - güç döngüsü testi sırasında ileri gerilimin kullanılmasıyla - karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, AE izlemenin Al şeritlerdeki yorulma yayılımını (yani arıza mekanizmasını) anlamak için kullanılabileceğini ve ayrıca güç elektroniği cihazları için felaket niteliğindeki kalkma kırılmasından önce erken bir uyarı olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Kaynak: Osaka Üniversitesi

 

Araştırmacılar  , cihaz tam arızaya yaklaştığında ileri gerilimde ani bir artış olduğunu buldu. Bu geleneksel yöntem, güç döngüsü testleri sırasındaki anormal artışları izleyerek bir güç cihazındaki hasarı kontrol eder. Akustik emisyon sayımlarının çok daha hassas olduğu bulundu. Bu yöntem, güç döngüsü testleri sırasında akustik emisyon sayımlarında eğilimler gösterdi.

"İleri gerilim grafiklerinin aksine, akustik emisyon grafikleri çatlak gelişiminin üç aşamasının tümünü gösterir," diyor kıdemli yazar Chuantong Chen. "Çatlak başlangıcını, çatlak yayılımını ve cihaz arızasını tespit ettik ve yorumlarımızı mikroskobik görüntüleme ile doğruladık."

Silikon karbür diyotlarda tam arızaya neden olabilecek yorulma çatlaklarını izlemek için daha önce hassas bir erken uyarı sistemi mevcut değildi. Ancak araştırmaya göre, akustik emisyon izleme bunun çözümü olabilir. Bu yöntemin kullanılması, silikon karbür cihazların neden arızalandığına dair araştırmalara yardımcı olacak ve bu da yaygın ve gelişmiş teknolojilerin gelecekteki tasarımlarını iyileştirmesine katkı sağlayacaktır.