Oceny IGBT, nie rozumiem, jak to możliwe

Znalazłem IXGX400N30A3 w Digikey. Z arkusza danych wynika, że ​​urządzenie ma moc znamionową 400 A @ 25 ° C, 1200 A @ 25 ° C przez 1 ms, przy napięciu znamionowym 300 V i wartości PD 1000 W.

Naprawdę? Ten pakiet TO-264 może kontrolować prąd 400 A przez cały dzień? Czy mogę zlikwidować moją spawarkę TIG za pomocą jej w trybie DC? Jak te przewody prowadzą nawet 400 A prądu?

To urządzenie ma bardzo niski opór cieplny od złącza do obudowy, = 0,125 ° C / W (maks.), Co oznacza, że ​​dla każdego rozproszonego wata złącze będzie tylko o 0,125 ° C (maks.) Powyżej temperatury obudowy. Na przykład dla = 300 A, = 15 V, a = 125 ºC (patrz ryc. 2) wyniesie tylko około 1,55 V. To jest moc P = 300 · 1,55 = 465 W jest rozpraszane (tak, więcej niż niektóre grzejniki elektryczne). Zatem złącze będzie wynosić 465 · 0,125 = 58,125 ° C (maks.) Powyżej temperatury obudowy, która jest bardzo niską różnicą, dla tego masowego rozproszenia.$R_{thJC}$$I_C$$V_{GE}$$T_J$$V_{CE}$

Aby jednak temperatura złącza nie przekraczała granicy (150 ° C), rezystancja termiczna od obudowy do otoczenia, , która zależy od zastosowanego radiatora, musi być również bardzo niska, ponieważ w przeciwnym razie temperatura obudowy wzrośnie znacznie powyżej temperatury otoczenia (a temperatura złącza jest zawsze powyżej niej). Innymi słowy, potrzebujesz bardzo dobrego radiatora (z bardzo niskim ), aby móc uruchomić to stworzenie przy 300 A.$R_{thCA}$$R_{th}$

Równanie termiczne jest następujące:

z

$T_J$: Temperatura złącza [ºC]. Musi wynosić <150 ° C, zgodnie z arkuszem danych.
$P_D$ : Rozpraszanie mocy [W].
$R_{thJC}$: Odporność termiczna od złącza do obudowy [ºC / W]. Jest to 0,125 ºC / W (maks.), Zgodnie z arkuszem danych.
$R_{thCA}$: Odporność termiczna od obudowy do otoczenia [ºC / W]. Zależy to od zastosowanego radiatora.
$T_A$ : Temperatura otoczenia [ºC].

Na przykład w temperaturze otoczenia 60 ° C, jeśli chcesz rozproszyć 465 W, wówczas radiator musi być taki, aby $R_{thCA}$ wynosi najwyżej 0,069 ºC / W, co implikuje bardzo dużą powierzchnię w kontakcie z powietrzem i / lub wymuszone chłodzenie.

Jeśli chodzi o zaciski, przybliżone wymiary ich najcieńszej części to (L-L1) · b1 · c. Gdyby były wykonane z miedzi (tylko przybliżenie), rezystancja każdego z nich byłaby:

$R_{min}$= 16,78e-9 * (19,79e-3-2,59e-3) / (2,59e-3 * 0,74e-3) = 151 $\mu\Omega$
$R_{max}$= 16,78e-9 * (21,39e-3-2,21e-3) / (2,21e-3 * 0,43e-3) = 339 $\mu\Omega$

W $I_C$= 300 A, każdy z nich rozproszyłby się między 13,6 a 30,5 W (!). To dużo. Dwa razy (dla C i E) może wynosić nawet 13% z 465 W rozpraszanych (w tym przykładzie) na samym IGBT. Ale zazwyczaj lutujesz je tak, aby ta cienka część była krótsza niż (L-L1).

Jasne, to możliwe. Należy jednak wziąć pod uwagę, że liczba „400A @ 25 ° C” jest oparta na a$T_C$ 25 ° C, a nie temperatura powietrza. $T_C$to temperatura obudowy. Przy 400 A napięcie na urządzeniu,$V_{CE(sat)}$, może wynosić 1,70 V. Przy 400 A jest to rozproszenie mocy wynoszące 680 W. Potrzebny będzie jeden potężny radiator, co może nie być fizycznie możliwe, zwłaszcza jeśli temperatura otoczenia wynosi 25 ° C.

Jeśli chodzi o przewody przewodzące ten prąd, zwymiarowany rysunek mówi, że mają one co najmniej 2,21 mm szerokości i 0,43 mm grubości. To powierzchnia przekroju około 1 mm kwadratowego, co odpowiada drutowi o grubości 17. Moja tabela referencyjna mówi, że 100A spowoduje stopienie się długiego segmentu (okrągłego, nieizolowanego) drutu w ciągu 30 sekund. Oczywiście, przewody te nie będą długimi segmentami, zostaną podłączone do miedzianych płaszczyzn pochłaniających ciepło. Ale nawet wtedy jest to dość ścisłe.

Czego nauczyłeś się z tej analizy? Nie ufaj pierwszej stronie arkusza danych! Możesz również z radością zignorować każdą tabelę oznaczoną jako „Absolute Maximum”. Nie gwarantuje się funkcjonalnego urządzenia lub możliwego do wdrożenia projektu, jeśli zastosujesz się do tych liczb. Moi profesorowie zawsze mówili, że te strony są opracowywane przez dział marketingu, a nie dział inżynierii. W takim przypadku tabela, z której otrzymałeś ten numer, jest oznaczona „Maksymalne oceny”. Nie należy projektować urządzenia tak, aby działało w pobliżu tych liczb. Zamiast tego przewiń w dół do charakterystycznych wykresów i standardowych parametrów operacyjnych (ten ostatni nie znajduje się w tym arkuszu danych, ale będzie w innych) i na tej podstawie opracuj projekt. Określ, ile prądu może obsłużyć Twoja płytka drukowana lub przewody i ile możesz dodać mocy radiatora,

Wspomniałeś, że byłeś na Digikey; Zgaduję, że źle skręciłeś i poszedłeś poszukać wysokoprądowej części w grupie „Discrete Semiconductor Products”, sekcja IGBTS - singiel . Ta sekcja dotyczy elementów montowanych na płytce drukowanej. Rzeczywistość produkcji PCB (lutowanie, grubość miedzi, radiator) ograniczy tutaj praktycznie osiągalne wartości. Jeśli chcesz uzyskać naprawdę wysokoprądowe rzeczy, przejdź do „Modułów półprzewodnikowych”, tam znajdują się części montowane na podwoziu połączone z grubymi drutami. Tam sekcja IGBT zawiera elementy takie jak ta bestia , pokazane ołówkiem do skali (pożyczone z Wikipedii):

To urządzenie faktycznie może obsłużyć 3300 i 1200 A; ma wymiary 190 na 140 mm zamiast małego urządzenia do montażu na płytce drukowanej. Istnieje również wiele mniejszych, bardziej rozsądnych urządzeń.

Krótka odpowiedź: nie robisz jednocześnie prądu 400 A i 300 V, przynajmniej nie na bardzo długo.

W stanie wyłączonym urządzenie prawie nie przepuszcza prądu, a gdy jest wyłączone, rozprasza bardzo mało energii. Urządzenie ma bardzo niewielki spadek napięcia podczas przewodzenia w stanie włączonym, a zatem rozprasza kontrolowaną ilość ciepła w tym stanie.

Poważne oparzenie występuje przy zmianie między dwoma warunkami. Prawdopodobnie najgorszym przypadkiem jest włączenie z obciążeniem jak duży silnik; prąd rozruchowy do rozruchu silnika może trwać znaczące ułamki sekundy, podczas których można wytworzyć dużo ciepła.

Ponieważ widzisz rzeczy; i mówicie: „Dlaczego?” Ale B. Jayant Baliga marzy o rzeczach, które nigdy nie były; i mówi: „Dlaczego nie?”

Ale poważnie, przewody mają bardzo niski opór, więc nie wytwarzają dużo ciepła. Wydaje mi się, że w rzeczywistym urządzeniu jest wiele równoległych sekcji bjt, które również bardzo obniżają opór włączenia.