征服恶劣环境—面向极端高温应用的低功耗、精密、高温器件



作者:应用工程师Je Watson和应用工程师Maithil Pachchigar, Analog Devices, Inc.

简介

提到恶劣环境,世界上最具挑战性的应用之一无疑是井下钻探。油田服务公司正在挑战技术极限,设计必须能承受极端压力、冲击和振动的精密设备,同时该设备需要具有较长的电池使用寿命且尺寸极小。但是,对于在此环境中使用的电子设备,最大挑战也许是极端温度。这里的高温与深度成函数关系;而地热梯度平均约为25°C/km,在某些地区,还可能更高。随着全球能源需求日益增大,推动着人们去钻探和开发这些过去一直无从下手的热井。不幸的是,在这种环境中根本无法冷却电子设备。正因如此,
行业需要必须能在200°C以上的环境中可靠工作的精密仪器。确实,较高的故障成本更是突显了可靠性的重要。在地下数英里作业的钻柱如果出现电子组件故障,需要一天以上的时间来检修及更换,操作复杂深水海上钻井平台每天大约需要花费50多万美元。

除了石油和天然气勘探外,高温电子器件还有其他的新兴应用。航空业正日益向“多电子飞机”的趋势发展。这一方案一方面是为了用分布式控制系统取代传统集中式发动机控制器,分布式控制系统将发动机控制系统放置在离发动机较近的地方,显著降低了互连的复杂性,使飞机的重量减轻了数百磅。此方案的另一方面是要用电力电子和电子控制系统取代液压系统,以提升可靠性,减少维护成本。理想状态下,控制电子设备必须离执行器很近,这也会产生较高的环境温度。类似于航空电子喷气发动机,用于发电的重工业燃气涡轮机需要控制系统和仪器仪表。

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