Potrzebujesz pomocy w zrozumieniu i interpretacji arkuszy danych IGBT

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?

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 $m\Omega$dla 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.