고전압 정류기 어셈블리가 고장 나면, 거의 대부분 전체 스트링이 한꺼번에 고장 나지 않습니다. 먼저 하나의 다이가 고장 나고, 그 후 수 마이크로초 내에 나머지 다이들도 차례로 고장 납니다. 이러한 고장 원인을 이해하면 교체 시 확인해야 할 사항이 달라집니다.
고전압 정류에 스트링이 필요한 이유는 무엇일까요?
실리콘 접합부 하나는 역방향으로 수 킬로볼트 정도의 전압을 견딜 수 있습니다. 이 수치는 재료와 도핑 프로파일에 따라 결정되며, 제조업체가 임의로 크게 높일 수는 없습니다. 따라서 60kV 정류기는 하나의 접합부가 60kV를 견딜 수 있는 것이 아니라, 여러 접합부가 쌓여서 만들어지며 각 접합부는 전체 전압의 일부를 담당합니다.
이것이 전체 제품군을 정의하는 핵심 요소입니다. 부품 제조 방식, 고장 발생 시 대처 방법, 교체 방법 등 그 외 모든 것은 이 핵심 요소에서 비롯됩니다.
실패 순서
만약 스트링에 있는 모든 다이가 설계된 역전압 분담량을 정확히 유지한다면, 어셈블리는 매우 신뢰할 수 있을 것입니다. 하지만 실제로는 역누설 전류가 다이마다 다르기 때문에 분담량이 달라집니다. 두 가지 요인이 이를 더욱 악화시킵니다.
- 누출 차이 이는 다이가 직렬로 연결된 동일한 저항기가 아니므로 DC 전압이 균등하게 분배되지 않음을 의미합니다. 누설 전류가 가장 낮은 다이가 가장 높은 전압을 받게 됩니다.
- 정전 용량 차이 이는 급격한 과도 현상 동안에도 분배가 불균등하다는 것을 의미합니다. 역전압이 빠르게 변할 때, 분배는 누설 전류가 아닌 접합 커패시턴스에 의해 결정되며, 그 분포 또한 달라집니다.
자신의 몫보다 더 많은 전압을 감당하고 있는 다이는 한계에 가장 가까이 작동하고 있는 것입니다. 또한 가장 많은 열을 발산하는 다이이기도 합니다. 누적된 열 스트레스나 과도한 과도 현상으로 인해 결국 고장이 나면 전압을 전혀 유지할 수 없게 됩니다. 나머지 다이들은 고장 난 다이가 감당하던 전압을 즉시 흡수해야 하는데, 이 다이들 역시 이미 한계에 다다른 상태입니다. 이렇게 순식간에 다이들이 고장을 일으킵니다.
이것이 바로 고장난 고전압 어셈블리가 전체에 걸쳐 단락된 것으로 테스트되는 경우가 많은 이유입니다. 실제로는 단 하나의 다이에서만 고장이 시작되었더라도 말입니다.
업계는 어떻게 이 문제를 해결했을까?
수십 년 동안 표준적인 해결책은 전압 분배 오류를 애초에 방지할 수 있도록 직렬 회로에 저항-콘덴서 회로망을 연결하는 것이었습니다.
저항은 DC 분배가 누설 전류가 아닌 저항값을 따르도록 하고, 커패시터는 빠른 과도 현상의 경우 동일한 역할을 합니다. 이 둘은 개별 다이의 동작 방식과 관계없이 전체 회로의 균형을 유지합니다.
이는 부품 번호에서 확인할 수 있습니다. 기존 제품군에서는 내부 보정 기능을 갖춘 블록이 별도로 표시되어 있습니다. RC 접미사. A 3HV50K 50kV, 2.25A의 일반적인 블록입니다. 3HV50RC 보상 네트워크가 내장된 동일한 클래스입니다.
하나를 교체할 때 이것이 의미하는 바는 무엇일까요?
실질적인 세 가지 사항:
- 원래 제품에 RC 보정 기능이 있었다면, 교체품에도 해당 기능이 있어야 합니다. 이 회로는 자체 균형 스트링을 중심으로 설계되었습니다. 해당 위치에 일반 블록을 사용하면 회로가 전압 균형을 유지해야 하는데, 이 회로는 애초에 그러한 기능을 하도록 설계되지 않았습니다.
- 하나의 스택에 여러 장치를 혼합하여 사용하지 마십시오. 부품 내부에서든 외부에서든 균형을 맞추는 것은 모든 요소가 동일하게 작동한다는 가정을 전제로 합니다. 보정된 부품과 보정되지 않은 부품을 직렬로 혼합하는 것은 부분적인 개선이 아니라 불균형을 다른 곳으로 옮기는 것일 뿐입니다.
- 단락된 어셈블리는 어떤 다이가 먼저 고장났는지 알려주지 않습니다. 고장 원인을 조사할 때 유용한 질문은 어떤 다이가 파손되었는지가 아니라 스트링의 균형이 깨진 이유입니다. 즉, 다른 다이의 고장, 일시적인 현상, 또는 노후화로 인한 누설 전류 분포의 변화 등이 원인일 수 있습니다.
보상이 포함된 경우
HVC 제품군의 보상형 변형 제품은 표준 제품과 동일한 제품군에 속하며, 동일한 전압 및 전류 등급을 갖습니다.
어떤 버전이 필요한지 확실하지 않은 경우, 원래 부품 번호와 회로 설명을 보내주십시오. 보상 네트워크는 액세서리가 아니라 설계 결정 사항이므로, 부품 번호만 보고 선택하기보다는 회로에 맞춰 선택해야 합니다.