Potrzebujesz pomocy w zrozumieniu i interpretacji arkuszy danych IGBT

9

Jeśli chodzi o sterowanie silnikiem, rozumiem, że mamy możliwość korzystania z dyskretnych tranzystorów MOSFET lub IGBT. Ponadto na rynku istnieje kilka produktów, w których 6 IGBT jest umieszczonych w jednym pakiecie, takich jak GB25XF120K . (Oto kolejna przykładowa część, z Infineon: FS75R06KE3 )

Nie wiem jednak, jak porównać i porównać to rozwiązanie z użyciem 6 dyskretnych tranzystorów MOSFET pod względem:

  • Szybkość przełączania
  • Straty mocy (statyczne; jaki jest odpowiednik IGBT I 2  * R DS, włączony ?)
  • Straty mocy (przełączanie)
  • Chłodzenie (Dlaczego nie opublikowano żadnego oporu cieplnego połączenia z otoczeniem?).
  • Obwód napędowy bramy

Ponadto wszystkie źródła, które przeczytałem na ten temat, „zalecają” tranzystory IGBT do wysokich napięć (> 200 V), ale tak naprawdę nie wnikają w szczegóły. Zadaję więc to pytanie jeszcze raz, może nieco inaczej: dlaczego nie chciałbym użyć IGBT do - jak na przykład - bezszczotkowego silnika prądu stałego 48 V?

Coś lepszego
źródło
W swoim linku Infineon spójrz na K / W, jego odporność termiczną. Tylko w kelwinach (który ma dokładnie taki sam rozmiar jak Celsjusz). Rozproszenie pochodzi z P = Vce * I jak w BJT.
@Rocket Surgeon: Tak, ale żadna z wartości oporu cieplnego nie jest „*** - do otoczenia”. Czy dlatego, że radiator jest zawsze wymagany?
SomethingBetter
1
Możesz dodać arytmetycznie połączenie do paczki i paczkę do radiatora. Rezultatem będzie połączenie z ambientem.
5
@Rocket Surgeon - [junction to package] + [package to radiator]! = [Junction to ambient]. Pierwsze dwa opory cieplne są przewodzące i niskie (~ 1 K / W), w ostatnim przypadku wymiana ciepła odbywa się przez konwekcję, a opór cieplny jest zwykle znacznie wyższy niż pozostałe sumy, często ponad 10 razy wyższy dla małych radiatorów .
stevenvh
1
@stevenvh: Myślę, że to zależy od twojego radiatora. Pokonałeś mnie także o 8 sekund.
Kevin Vermeer,

Odpowiedzi:

7

W przypadku konstrukcji 48 V z silnikiem BLDC, chcesz użyć MOSFET. Powodem jest to, że tranzystory MOSFET o niskim napięciu (<200 V) są dostępne z wyjątkowo niską rezystancją: R DS, na <10 mΩdla V DS  = 100 V to coś, co można uzyskać od co najmniej trzech różnych producentów w pakiecie SuperSO8 5 x 6 mm 2 . Dodatkową korzyścią jest możliwość szybkiego przełączania tranzystorów MOSFET.

Tranzystory IGBT stają się częścią wyboru, gdy chcesz przełączać wysokie prądy przy wysokich napięciach. Ich zaletą jest dość stały spadek napięcia (V CE, sat ) w porównaniu z rezystancją MOSFET-a (R DS, on ). Podłączmy właściwości charakterystycznych urządzeń odpowiedzialnych za straty mocy statycznej do dwóch równań, aby uzyskać lepszy wygląd (statyczny oznacza, że ​​mówimy o urządzeniach, które są cały czas włączone, rozważymy przełączenie strat później).

Strata P , IGBT  = I * V CE, sob

Strata P , MOSFET  = I 2  * R DS, włączony

Widać, że wraz ze wzrostem prądu straty w IGBT rosną liniowo, a straty w MOSFET-ie z siłą dwóch. Przy wysokich napięciach (> = 500 V) i wysokich prądach (może> 4 ... 6 A), powszechnie dostępne parametry dla V CE, sat lub R DS, informują, że IGBT będzie miał mniejsze straty mocy statycznej w porównaniu do MOSFET.

Następnie należy wziąć pod uwagę prędkości przełączania: podczas zdarzenia przełączania, tj. Podczas przejścia ze stanu wyłączenia urządzenia do stanu włączenia i odwrotnie, przez krótki czas występuje dość wysokie napięcie na urządzeniu ( V CE lub V DS ) i przez urządzenie przepływa prąd. Ponieważ moc to napięcie razy prąd, nie jest to dobra rzecz i chcesz, aby ten czas był jak najkrótszy. Ze swojej natury tranzystory MOSFET przełączają się znacznie szybciej niż tranzystory IGBT i będą miały niższe średnie straty przełączania. Przy obliczaniu średniego rozproszenia mocy spowodowanego stratami przełączania ważne jest, aby spojrzeć na częstotliwość przełączania konkretnej aplikacji - to znaczy: jak często umieszczasz urządzenia w przedziale czasowym, w którym nie będą one w pełni włączone (V CElub V DS prawie zero) lub wyłączony (prąd prawie zero).

Podsumowując, typowe liczby to ...

IGBT będą lepsze w

  • częstotliwości przełączania poniżej około 10 kHz
  • napięcia powyżej 500 ... 800 V.
  • średnie prądy powyżej 5 ... 10 A

To tylko niektóre podstawowe zasady i zdecydowanie lepiej jest użyć powyższych równań z rzeczywistymi parametrami niektórych rzeczywistych urządzeń, aby uzyskać lepsze odczucia.

Uwaga: Przetwornice częstotliwości do silników często mają częstotliwości przełączania między 4 ... 32 kHz, podczas gdy zasilacze impulsowe są zaprojektowane z częstotliwościami swith> 100 kHz. Wyższe częstotliwości mają wiele zalet w przełączaniu zasilaczy (mniejsza magnetyczność, mniejsze prądy tętnienia), a głównym powodem, dla którego są one dzisiaj możliwe, jest dostępność znacznie ulepszonych tranzystorów MOSFET o mocy> 500 V. Powodem, dla którego sterowniki silników nadal używają 4 .. .8 kHz jest spowodowane tym, że obwody te zazwyczaj muszą obsługiwać wyższe prądy, a całość projektuje się wokół raczej wolno przełączających się tranzystorów IGBT.

I zanim zapomnę: powyżej około 1000 V tranzystory MOSFET są po prostu niedostępne (prawie lub ... bez rozsądnych kosztów; [edytuj:] SiC może stać się dość rozsądną opcją od połowy 2013 r .). Dlatego w obwodach, które wymagają urządzeń klasy 1200 V, wystarczy trzymać się głównie IGBT.

zebonaut
źródło