Peringkat IGBT, saya tidak mengerti bagaimana ini mungkin


9

Saya menemukan IXGX400N30A3 di Digikey. Datasheet mengatakan perangkat ini berperingkat 400A @ 25C, 1200A @ 25C untuk 1ms, dengan nilai tegangan 300V dan PD 1000W.

Betulkah? Paket TO-264 ini dapat mengontrol arus 400A saat ini sepanjang hari? Saya dapat menyingkat tukang las TIG saya dengan itu dalam mode DC? Bagaimana lead itu membawa arus 400A?

Jawaban:


8

Perangkat itu memiliki resistansi termal yang sangat rendah dari persimpangan ke , = 0,125 ºC / W (maks), yang berarti, untuk setiap watt menghilang, persimpangan hanya akan 0,125 ºC (maks) di atas suhu kasing. Jadi, misalnya, untuk I_C = 300 A, V_ {GE} = 15 V, dan T_J = 125 ºC (lihat Gambar. 2) V_ {CE} hanya akan menjadi sekitar 1,55 V. Itu adalah kekuatan P = 300 · 1,55 = 465 W sedang dihilangkan (ya, lebih dari beberapa pemanas listrik). Jadi, persimpangan akan menjadi 465 · 0,125 = 58,125 ºC (maks) di atas suhu selubung, yang merupakan diferensial yang sangat rendah, untuk disipasi masif tersebut. I C V G E T J V C ERthJCICVGETJVCE

Namun, agar suhu persimpangan tidak melebihi batas (150 ºC), hambatan termal dari case ke ambient, , yang tergantung pada heat sink yang digunakan, juga harus sangat rendah, karena jika suhu case akan naik jauh di atas suhu lingkungan (dan suhu persimpangan selalu di atasnya). Dengan kata lain, Anda memerlukan pendingin yang sangat baik (dengan sangat rendah ), untuk dapat menjalankan makhluk ini pada 300 A. R t hRthCARth

Persamaan termal adalah:

TJ=PD·(RthJC+RthCA)+TA

dengan

P D R t h J C R t h C A T ATJ : Persimpangan suhu [ºC]. Harus <150 ºC, menurut lembar data. : daya [W]. : termal dari persimpangan ke huruf [ºC / W]. Ini adalah 0,125 ºC / W (maks), menurut lembar data. : panas dari case ke ambient [ºC / W]. Ini tergantung pada pendingin yang digunakan. : Suhu sekitar [ºC].
PD
RthJC
RthCA
TA

Misalnya, pada suhu sekitar 60 ºC, jika Anda ingin menghilangkan 465 W, maka heat sink harus sedemikian rupa sehingga paling banyak 0,069 ºC / W, yang menyiratkan permukaan yang sangat besar bersentuhan dengan udara. , dan / atau pendinginan paksa.RthCA

Sejauh terminal, dimensi perkiraan bagian tertipisnya adalah (L-L1) · b1 · c. Jika mereka terbuat dari tembaga (hanya perkiraan), hambatan masing-masing adalah:

Rmin = 16.78e-9 * (19.79e-3-2.59e-3) / (2.59e-3 * 0.74e-3) = 151 = 16.78e-9 * ( 21.39e-3-2.21e-3) / (2.21e-3 * 0.43e-3) = 339μΩ
RmaxμΩ

Pada = 300 A, masing-masing dari mereka akan menghilang antara 13,6 dan 30,5 W (!). Itu banyak. Dua kali lipat (untuk C dan E) bisa setinggi 13% dari 465 W yang dihamburkan (dalam contoh ini) di IGBT itu sendiri. Tapi, biasanya, Anda akan menyoldernya sehingga bagian yang tipis lebih pendek dari (L-L1).IC


Di DC arus akan menggunakan seluruh area penampang sadapan. Di AC itu akan menggunakan lebih sedikit. Resistance akan lebih tinggi. Kedalaman kulit pada 100 kHz lebih seperti 0,24 mm. Karena timah memiliki ketebalan 0,6-mm mm, efeknya mungkin penting. Apakah Anda berencana menggunakan PWMimg? Juga, bagaimana dengan gerbang drive Anda? Transisi Vgs yang lambat dapat meningkatkan disipasi daya. Berapa banyak waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan 560 nC masuk / keluar dari gerbang?

Cara lain untuk melihat hambatan listrik adalah mempertimbangkan jika solder menjembatani ujung kurus sehingga hanya panjang rintisan, L1 di luar kasing dipertimbangkan. Resistansi frame utama R = L1 · b1 · c dan ESR dari Gambar 3 adalah 1.5mΩ
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Lihat Gbr3 ... Karena ESR seluruh perangkat adalah 1.500 μΩ (@ -40'C) hingga 2.500μΩ (+ 150'C) ukuran timah cukup untuk arus perangkat .. Luar biasa karena sulit dipercaya, sekarang mencari tahu mengapa kabel jumper mobil Anda sangat cerewet pada koneksi .... ha
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Saya ingat menguji difusi bonder (1979) menggunakan 10.000 amp melalui 6 "roda elektroda tembaga yang mengikat Steel-Zirc-Steel tabung untuk reaktor nuklir. EMI, percikan dan kerja air sangat spektakuler. Karena resistansi tabung turun saat Anda mengelasnya. Operator harus meningkatkan arus di sekitar sambungan untuk mempertahankan penurunan daya untuk mengelas 2 tabung bersama-sama. Instrumentasi saya memberinya data itu
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

10

TCTCVCE(sSebuaht)

Sejauh sadapan yang membawa arus itu, gambar berdimensi mengatakan bahwa mereka setidaknya memiliki lebar 2,21 mm dan tebal 0,43 mm. Itu adalah luas penampang sekitar 1 mm persegi, setara dengan kawat 17-gauge. Grafik referensi saya mengatakan bahwa 100A akan menyebabkan segmen panjang dari ketebalan (melingkar, tidak berinsulasi) kawat meleleh dalam 30 detik. Tentu saja, lead ini tidak akan menjadi segmen yang panjang, mereka akan terhubung ke pesawat tembaga heat-sinked. Tapi meski begitu, itu mendorongnya cukup erat.

Apa yang telah Anda pelajari dari analisis ini? Jangan percaya halaman pertama lembar data! Anda juga dapat dengan senang hati mengabaikan tabel yang bertanda "Absolute Maximum". Anda tidak dijamin perangkat fungsional atau desain yang dapat diterapkan jika Anda pengadilan angka-angka ini. Profesor saya selalu mengatakan bahwa halaman-halaman ini disusun oleh departemen pemasaran, bukan departemen teknik. Dalam hal ini, tabel tempat Anda mendapatkan nomor itu ditandai "Peringkat Maksimum". Jangan rancang perangkat Anda agar berfungsi di dekat angka-angka ini. Sebagai gantinya, gulir ke bawah ke grafik karakteristik dan parameter operasi standar (yang terakhir tidak ada dalam lembar data ini, tetapi akan ada di yang lain) dan desain berdasarkan itu. Tentukan berapa banyak arus PCB atau kabel Anda dapat tangani, dan berapa banyak kapasitas heatsink yang dapat Anda tambahkan,

Anda menyebutkan bahwa Anda berada di Digikey; Saya menduga Anda salah belok dan pergi mencari bagian arus tinggi di grup 'Produk Semikonduktor Diskrit', bagian IGBTS - tunggal . Bagian ini untuk komponen yang dipasang PCB. Realitas pembuatan PCB (solder, ketebalan tembaga, heatsinking) akan membatasi nilai praktis yang dapat dicapai di sini. Jika Anda ingin mendapatkan barang dengan arus sangat tinggi, buka 'Modul Semikonduktor', di situlah bagian yang terpasang di sasis yang terhubung ke kabel tebal berada. Bagian IGBT di sana memiliki komponen seperti binatang ini , ditunjukkan dengan pensil untuk skala (dipinjam dari Wikipedia):

masukkan deskripsi gambar di sini

Perangkat itu sebenarnya dapat menangani 3300 dan 1200 A; itu 190 x 140mm daripada perangkat PCB-mount kecil. Ada banyak perangkat yang lebih kecil dan lebih masuk akal juga tersedia.


8
Secara kebetulan, saya mengenal seorang pria yang mendesain sistem elektronik untuk lokomotif listrik, yang menggunakan IGBT (CM1200HC) persis seperti yang diperlihatkan untuk mengendarai motor listrik 2MW pada loco HST. Mereka harus mendapatkan heatsink yang dibuat khusus untuk menghilangkan panasnya. Pengaturan tes itu lucu - tombol kecil untuk beralih motor ke daya 100%, menyebabkan seluruh sasis loco untuk memiringkan saat rentang motor naik. Itu membuat suara seperti naga yang menjalani saluran akar.
Polinomial

+1 untuk mengidentifikasi kesalahan saya yang salah.
Bryan Boettcher

IGBT == sangat bagus untuk menjadi kenyataan? ;)
Kaz

@ Ka - Transistor bipolar gerbang terisolasi, tapi saya rasa saya suka definisi Anda lebih baik :)
Kevin Vermeer

1

Jawaban singkat: Anda tidak melakukan keduanya 400A dan 300V secara bersamaan, setidaknya tidak untuk waktu yang lama.

Perangkat melewati hampir tidak ada arus saat dalam keadaan off, dan menghabiskan daya yang sangat sedikit saat mati. Perangkat mengeluarkan sangat sedikit voltase saat melakukan dalam kondisi hidup, dan karenanya menghilangkan jumlah panas yang terkendali dalam kondisi itu.

Luka bakar besar datang ketika mengubah antara kedua kondisi. Mungkin case terburuk menyala dengan beban seperti motor besar; arus deras untuk memutar motor dapat bertahan dalam sepersekian detik, di mana banyak panas dapat dikembangkan.


jika Anda menggunakan IGBT, motor umumnya tidak memiliki arus "lonjakan", karena Anda mengendalikan arus ke apa pun yang Anda suka.
Jason S

@JasonS - yeah, Anda menggunakan perangkat dan mengontrol arus, b / c tanpa itu, motor ukuran sederhana seperti 1/3 HP dapat terlihat seperti korsleting selama beberapa ratus msec ketika mulai dari berhenti.
JustJeff

oh, ini lebih buruk dari itu. Pernah melihat gelombang saat ini vs waktu pada induksi tiga fase atau motor sinkron jika mereka membanting garis AC? Transien yang benar-benar mengerikan.
Jason S

heheheh dan coba lihat transien dengan lingkup digital murah
JustJeff

Saya pikir itu adalah keadaan mati bahwa arus ingin melanjutkan dari beban induktif dan tegangan sakelar naik, yang sebenarnya memuncak lebih dekat ke batas kuadran SOA dalam kebanyakan kasus praktis daripada batas maksimum V atau I. (Menantu laki-laki saya Prof di U of T mengatakan murid-muridnya meledakkan ini sepanjang waktu .. IGBT yang sangat besar .. Saya pikir mengabaikan apa yang baru saja saya katakan ...
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

0

Karena Anda melihat sesuatu; dan Anda berkata, "Mengapa?" Tetapi B. Jayant Baliga memimpikan hal-hal yang tidak pernah ada; dan berkata, 'Kenapa tidak?' "

Tapi serius, timah memiliki resistansi yang sangat rendah, sehingga tidak menghasilkan banyak panas. Saya pikir ada banyak bagian bjt secara paralel di perangkat yang sebenarnya untuk mendapatkan resistansi turun sangat rendah juga.


P=saya2R

Tidak ada paralel BJT, pernah? Hmm, apakah halaman Wikipedia tentang "Thermal runaway" perlu diperbaiki? Ia mengklaim bahwa jika beberapa transistor BJT terhubung secara paralel (yang tipikal pada aplikasi arus tinggi), masalah hogging saat ini dapat terjadi. Langkah-langkah khusus harus diambil untuk mengendalikan kerentanan karakteristik BJT ini.
Kaz

1
@Kevin Vermeer Sebenarnya dalam datasheet untuk array transistor ULN2803A secara eksplisit dikatakan bahwa transistor dapat dihubungkan secara paralel. Di bawah fitur kunci: OUTPUT CAN BE PARALLELED. Bagaimana Anda mengomentari itu?
AndrejaKo

1
@AndrejaKo - Itu fitur khusus, bukan yang umum. Bagian memiliki Darlingtons dengan resistor batas arus terintegrasi dan mereka semua pada die yang sama, sehingga mereka harus lebih cocok. Itu mungkin, tetapi sulit, untuk paralel BJT. Namun, maksud saya masih berdiri bahwa perangkat tersebut tidak memiliki 'banyak bagian BJT secara paralel untuk mendapatkan resistensi turun sangat rendah'
Kevin Vermeer

@KevinVermeer benar, bahwa kutipan George Bernard Shaw baru saja muncul di kepala saya dan saya merasa terpaksa. Kemudian saya menduga jawabannya tanpa cukup memikirkannya. Setelah membaca Wikipedia dengan cepat, saya pikir mereka berkali-kali sejajar dengan IGBT. Meskipun ada beberapa alasan untuk paralel bjt, mereka tidak umum dan ini bukan salah satunya. Yang terbaik dari grup akan cenderung menghalangi semua saat ini. Mereka memang, memiliki perlawanan ... beberapa pada kenyataannya, itu tergantung pada q-point mereka. Sekali lagi, maafkan aku.
Matt
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.