Perlu bantuan untuk memahami dan menafsirkan lembar data IGBT

Ketika datang ke kontrol motor, saya mengerti bahwa kami memiliki pilihan untuk menggunakan MOSFET diskrit atau IGBT. Juga, ada beberapa produk di pasar di mana 6 IGBT ditempatkan dalam satu paket tunggal, seperti GB25XF120K . (Ini contoh lain, dari Infineon: FS75R06KE3 )

Namun, saya tidak tahu bagaimana membandingkan dan membedakan solusi ini dengan menggunakan 6 MOSFET diskrit, dalam hal:

Beralih kecepatan
Disipasi daya (statis; apa yang setara IGBT I ² * R _{DS, aktif} ?)
Disipasi daya (switching)
Pendinginan (Mengapa tidak ada resistensi termal junction-to-ambien yang diterbitkan?).
Sirkuit drive gerbang

Juga, semua sumber yang saya baca pada subjek "merekomendasikan" IGBT untuk tegangan tinggi (> 200V) tetapi mereka tidak benar-benar masuk ke detail. Jadi saya mengajukan pertanyaan lagi, mungkin sedikit berbeda: Mengapa saya tidak ingin menggunakan IGBT untuk - sebagai contoh - motor DC brushless 48V?

— Sesuatu yang lebih baik
sumber

Pada tautan Infineon Anda, lihat K / W, ini merupakan resistensi termal. Hanya di Kelvin (yang ukurannya persis sama dengan Celsius). Pembuangan berasal dari P = Vce * I seperti pada BJT.

@Rocket Surgeon: Ya, tapi tidak ada nilai resistansi termal yang "*** - to-ambient". Apakah karena heatsink selalu diperlukan?

— SomethingBetter

Anda dapat menambahkan persimpangan aritmatika ke paket, dan paket ke heatsink. Hasilnya akan menjadi persimpangan ke ambient.

@Rocket Surgeon - [persimpangan ke paket] + [paket ke heatsink]! = [Persimpangan ke ambient]. Dua resistansi termal pertama bersifat konduktif dan rendah (~ 1K / W), untuk pertukaran panas yang terakhir adalah melalui konveksi dan bahwa resistansi termal biasanya jauh lebih tinggi daripada yang lainnya yang disatukan, seringkali lebih dari 10 kali lebih tinggi untuk heat sink kecil. .

— stevenvh

@stevenvh: Saya kira itu tergantung pada pendingin Anda. Juga, Anda mengalahkan saya dengan 8 detik.

— Kevin Vermeer

$m\Omega$

IGBT menjadi bagian pilihan ketika Anda ingin beralih arus tinggi pada tegangan tinggi. Keuntungan mereka adalah penurunan tegangan yang cukup konstan (V _{CE, sat} ) vs on-resistance MOSFET (R _{DS, on} ). Mari kita colokkan sifat karakteristik masing-masing perangkat yang bertanggung jawab atas kehilangan daya statis menjadi dua persamaan untuk mendapatkan tampilan yang lebih baik (statis berarti kita berbicara tentang perangkat yang dinyalakan setiap saat, kita akan mempertimbangkan untuk mengganti kerugian kemudian).

P _{loss, IGBT} = I * V _{CE, sat}

_Kehilangan P _{, MOSFET} = I ² * R _{DS, aktif}

Anda dapat melihat bahwa, dengan meningkatnya arus, kerugian dalam IGBT naik secara linear dan mereka yang naik MOSFET dengan kekuatan dua. Pada tegangan tinggi (> = 500 V) dan untuk arus tinggi (mungkin> 4 ... 6 A), parameter yang umum tersedia untuk V _{CE, sat} atau R _DS, memberi tahu Anda bahwa IGBT akan memiliki kehilangan daya statis yang lebih rendah dibandingkan ke MOSFET.

Kemudian, Anda perlu mempertimbangkan kecepatan switching: Selama acara switching, yaitu selama transisi dari keadaan tidak aktif perangkat ke keadaan aktif dan sebaliknya, ada waktu singkat di mana Anda memiliki tegangan yang cukup tinggi di seluruh perangkat ( V _CE atau V _DS ) dan ada arus yang mengalir melalui perangkat. Karena daya adalah tegangan kali arus, ini bukan hal yang baik dan Anda ingin waktu ini sesingkat mungkin. Secara alami, MOSFET beralih jauh lebih cepat dibandingkan dengan IGBT dan akan memiliki kerugian switching rata-rata yang lebih rendah. Saat menghitung disipasi daya rata-rata yang disebabkan oleh switching rugi, penting untuk melihat frekuensi switching aplikasi khusus Anda - yaitu: seberapa sering Anda meletakkan perangkat Anda melalui rentang waktu di mana mereka tidak akan sepenuhnya aktif (V _CEatau V _DS hampir nol) atau mati (saat ini hampir nol).

Semua dalam semua, angka-angka khas adalah bahwa ...

IGBT akan lebih baik

frekuensi switching di bawah 10 kHz
tegangan di atas 500 ... 800 V
arus rata-rata di atas 5 ... 10 A

Ini hanyalah beberapa aturan praktis dan itu pasti ide yang baik untuk menggunakan persamaan di atas dengan parameter nyata beberapa perangkat yang sebenarnya untuk mendapatkan perasaan yang lebih baik.

Catatan: Konverter frekuensi untuk motor sering memiliki frekuensi switching antara 4 ... 32 kHz sementara catu daya switching dirancang dengan frekuensi swithing> 100 kHz. Frekuensi yang lebih tinggi memiliki banyak keuntungan dalam beralih pasokan listrik (magnet yang lebih kecil, arus riak yang lebih kecil) dan alasan utama mengapa mereka mungkin hari ini adalah ketersediaan MOSFET daya yang jauh lebih baik pada> 500 V. Alasan mengapa driver motor masih menggunakan 4 .. .8 kHz adalah karena rangkaian ini biasanya harus menangani arus yang lebih tinggi dan Anda mendesain seluruh hal di sekitar IGBT yang lambat.

Dan sebelum saya lupa: Di atas sekitar 1000 V, MOSFET sama sekali tidak tersedia (hampir, atau ... tanpa biaya yang masuk akal; [edit:] SiC mungkin menjadi pilihan yang agak masuk akal pada pertengahan 2013 ). Oleh karena itu, di sirkuit yang memerlukan perangkat kelas 1200 V, Anda hanya harus tetap menggunakan IGBT.

— zebonaut
sumber