Рейтинги IGBT, я не понимаю, как это возможно

9

Я нашел IXGX400N30A3 в Digikey. В техническом описании указано, что устройство рассчитано на 400A при 25C, 1200A при 25C в течение 1 мс при номинальном напряжении 300 В и частоте разряда 1000 Вт.

В самом деле? Этот пакет TO-264 может контролировать 400A тока в течение всего дня? Я могу закорочить мой сварочный аппарат TIG в режиме постоянного тока? Как эти провода даже несут ток 400А?

Брайан Бетчер
источник

Ответы:

8

Это устройство имеет очень низкое тепловое сопротивление от соединения к корпусу, = 0,125 ºC / Вт (макс.), Что означает, что для каждого рассеиваемого ватта переход будет только на 0,125 ºC (макс.) Выше температуры корпуса. Так, например, для = 300 A, = 15 В и = 125 ° (см. Рис. 2), будет составлять только 1,55 В. Это мощность P = 300 · 1,55. = 465 Вт рассеиваемых (да, больше, чем у некоторых электрических обогревателей). Таким образом, соединение будет на 465 · 0,125 = 58,125 ºC (макс.) Выше температуры корпуса, что является очень низким перепадом для этого массивного рассеяния. V C ERthJCV G E T JICVGETJVCE

Однако, чтобы температура перехода не превышала своего предела (150 ° C), тепловое сопротивление от случая к окружению, , которое зависит от используемого радиатора, также должно быть очень низким, потому что в противном случае температура корпуса будет значительно выше температуры окружающей среды (а температура соединения всегда выше). Другими словами, вам нужен очень хороший радиатор (с очень низким ), чтобы иметь возможность запустить это существо при 300 А. R t hRthCARth

Тепловое уравнение:

TJ=PD·(RthJC+RthCA)+TA

с

P D R T H J C R T H C A T ATJ : температура перехода [ºC]. Должно быть <150 ºC, согласно спецификации. : рассеиваемая мощность [Вт]. : тепловое сопротивление от перехода к корпусу [ºC / Вт]. Это 0,125 ºC / Вт (макс.), Согласно спецификации. : тепловое сопротивление от корпуса до окружающей среды [ºC / Вт]. Это зависит от используемого радиатора. : температура окружающей среды [ºC].
PD
RthJC
RthCA
TA

Например, при температуре окружающей среды 60 ºC, если вы хотите рассеять 465 Вт, то радиатор должен быть таким, чтобы 0,069 ºC / Вт, что подразумевает очень большую поверхность в контакте с воздухом. и / или принудительное охлаждение.RthCA

Что касается клемм, приблизительные размеры их самой тонкой части составляют (L-L1) · b1 · c. Если бы они были сделаны из меди (только приблизительное значение), сопротивление каждого из них было бы:

μ Ω R m a x μ ΩRmin = 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

При = 300 A каждый из них будет рассеиваться между 13,6 и 30,5 Вт (!). Это много. В два раза больше (для C и E) может достигать 13% от 465 Вт, рассеиваемых (в этом примере) на самом IGBT. Но, как правило, вы будете паять их так, чтобы эта тонкая часть была короче (L-L1).IC

Telaclavo
источник
При постоянном токе ток будет использовать всю площадь поперечного сечения проводов. На переменном токе он будет использовать меньше. Сопротивление будет выше. Глубина кожи на 100 кГц больше похожа на 0,24 мм. Так как провода имеют толщину 0,6 мм, эффект может быть важным. Вы планируете PWMimg? Кроме того, как твои ворота управляют? Медленные переходы Vgs могут увеличить рассеиваемую мощность. Сколько времени потребуется, чтобы получить 560 нКл в / из ворот?
Еще один способ взглянуть на электрическое сопротивление - это рассмотреть вопрос о том, соединяет ли припой узкие провода, поэтому учитывается только длина заглушки, L1 вне корпуса. Сопротивление ведущей рамы R = L1 · b1 · c, а ESR на рис. 3 составляет 1,5 мОм
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
См. Рис. 3 ... Так как ESR всего устройства составляет от 1500 мкОм (@ -40 ° C) до 2500 мкОм (+ 150 ° C), размер провода достаточен для тока устройства. Удивительно, как сейчас трудно поверить выяснить, почему ваши автомобильные соединительные кабели так суетливы при подключении .... ха
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
Я помню, как тестировал диффузионный связующий элемент (1979 г.), используя 10 000 ампер через 6-дюймовые медные электродные колеса, соединяющие трубы Steel-Zirc-Steel для ядерных реакторов. EMI, искры и водяные работы были впечатляющими. Поскольку сопротивление трубки падает, когда вы свариваете вокруг нее Оператор должен был увеличить ток вокруг соединения, чтобы поддерживать падение мощности, чтобы сварить 2 трубы. Мои измерительные приборы дали ему эти данные
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
10

Конечно, это возможно. Однако , что число «400A при 25 ° C» основано на 25 ° C, а не на температуре воздуха. - температура корпуса. При 400 А напряжение на устройстве может составлять 1,70 В. При 400 А это рассеиваемая мощность 680 Вт. Вам понадобится один здоровенный радиатор, который физически невозможен, особенно если температура окружающей среды составляет 25 ° С. T C V C E ( s a t )TCTCVCE(sat)

Что касается выводов, несущих этот ток, то на чертежах с размерами указано, что они имеют ширину не менее 2,21 мм и толщину 0,43 мм. Это площадь поперечного сечения около 1 кв. Мм, что эквивалентно проволоке 17-го калибра. Моя справочная таблица говорит, что 100A вызовет плавление длинного сегмента этой (круглой, неизолированной) проволоки за 30 секунд. Конечно, эти выводы не будут длинными сегментами, они будут связаны с теплоотводящими медными плоскостями. Но даже тогда, это продвигает это довольно сильно.

Что вы узнали из этого анализа? Не доверяйте первой странице таблицы данных! Вы также можете с радостью проигнорировать любую таблицу с пометкой «Абсолютный максимум». Вам не гарантируется функциональное устройство или реализуемый дизайн, если вы ухаживаете за этими цифрами. Мои профессора всегда говорили, что эти страницы составлены отделом маркетинга, а не инженерным отделом. В этом случае таблица, из которой вы получили это число, помечена как «Максимальный рейтинг». Не проектируйте свое устройство, чтобы функционировать около этих чисел. Вместо этого, прокрутите вниз до характеристических графиков и стандартных рабочих параметров (последний не указан в этой таблице, но будет в других) и разработайте дизайн, основанный на этом. Определите, какой ток может выдержать ваша печатная плата или провода, и какую емкость радиатора вы можете добавить,

Вы упомянули, что были на Digikey; Я предполагаю, что вы выбрали неправильный поворот и искали сильноточную часть в группе «Дискретные полупроводниковые изделия», раздел IGBTS - сингл . Этот раздел предназначен для компонентов, установленных на печатной плате. Реалии производства печатных плат (пайка, толщина меди, теплоотвод) ограничат здесь практически достижимые значения. Если вы хотите получить действительно сильные токи, перейдите к разделу «Полупроводниковые модули», где находятся детали, смонтированные на шасси и соединенные с толстыми проводами. В разделе IGBT есть такие компоненты, как этот зверь , показанный карандашом для масштаба (позаимствовано из Википедии):

введите описание изображения здесь

Это устройство может работать с 3300 и 1200 А; это 190 на 140 мм, а не маленькое устройство для монтажа на печатной плате. Также доступно множество более мелких и разумных устройств.

Кевин Вермеер
источник
8
По случайному совпадению я знаю парня, который проектирует электронные системы для электровозов, который использовал точно показанный IGBT (CM1200HC) для привода электродвигателя мощностью 2 МВт на локомотиве HST. Они должны были получить изготовленный на заказ радиатор, чтобы рассеивать тепло. Тестовая установка была забавной - крошечная кнопка для переключения двигателя на 100% мощности, в результате чего все локомотивное шасси наклонялось при увеличении скорости двигателя. Шум, словно дракон, проходящий через корневой канал.
Полином
+1 за правильное определение моего неправильного хода.
Брайан Бетчер
IGBT == невероятно хорошо, чтобы быть правдой? ;)
Каз
@Kaz - биполярный транзистор с изолированным затвором, но я думаю, что мне больше нравится ваше определение :)
Кевин Вермеер
1

Короткий ответ: вы не подключаете одновременно 400А и 300В, по крайней мере, не очень долго.

Устройство почти не пропускает ток в выключенном состоянии и при выключении рассеивает очень мало энергии. При проведении проводки во включенном состоянии устройство испытывает очень небольшое падение напряжения и поэтому рассеивает контролируемое количество тепла в этом состоянии.

Основной ожог происходит при изменении между двумя условиями. Вероятно, наихудший случай - включение с нагрузкой, как большой мотор; Пусковой ток для вращения двигателя может длиться значительные доли секунды, в течение которых может выделяться много тепла.

JustJeff
источник
если вы используете IGBT, двигатели обычно не имеют пускового тока, потому что вы управляете током так, как вам нравится.
Джейсон С,
@JasonS - да, вы используете устройство и управляете током, ч / б без него, мотор скромного размера, например, 1/3 л.с., может выглядеть как короткое замыкание на пару сотен мсек при запуске из остановленного состояния.
JustJeff
о, это хуже чем это. Вы когда-нибудь смотрели на кривые зависимости тока от времени на трехфазных асинхронных или синхронных двигателях, если они попадают на линии переменного тока? Действительно ужасные переходные процессы.
Джейсон С
хехехе, и попробуйте посмотреть на эти переходные процессы с дешевым цифровым прицелом
JustJeff
Я думаю, что это состояние отключения, при котором ток хочет продолжаться от индуктивной нагрузки, и напряжение переключателя возрастает, что в большинстве практических случаев достигает максимума ближе к пределам квадранта SOA, чем к пределам V или I max. (Мой зять, профессор U of T, говорит, что его ученики все время взрывают их ... действительно большие IGBT ... Я думаю, игнорируя то, что я только что сказал ...
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
0

Потому что Ты видишь вещи; и вы говорите: «Почему?» Но Б. Джаянт Балига мечтает о вещах, которых никогда не было; и говорит: «Почему бы и нет?»

А если серьезно, провода имеют очень низкое сопротивление, поэтому они не выделяют много тепла. Я думаю, что есть много параллельных секций в реальном устройстве, чтобы снизить сопротивление на очень низком уровне.

Matt
источник
Вероятно, это твердые медные провода, которые имеют низкое сопротивление, но мощность ; они все еще тают без активного теплоотвода. Кроме того, вы, кажется, запутались в отношении BJT, MOSFET и IGBT: вы не можете параллельны BJT, только MOSFET, BJT являются устройствами с управлением по току и не имеют «сопротивления» в обычном значении этого термина, и IGBT другое устройство полностью. P=I2R
Кевин Вермеер
Никаких параллельных BJT, никогда? Хм, нужно ли исправить страницу Википедии о "тепловом побеге"? В нем утверждается, что если несколько BJT-транзисторов подключены параллельно (что типично для применения с большим током), может возникнуть проблема с переключением тока. Специальные меры должны быть приняты для контроля этой характерной уязвимости BJT.
Каз
1
@Kevin Vermeer На самом деле в спецификации для транзисторной матрицы ULN2803A прямо сказано, что транзисторы могут быть подключены параллельно. Под ключевыми особенностями: OUTPUT CAN BE PARALLELED. Как вы это прокомментируете?
AndrejaKo
1
@AndrejaKo - это особая функция, а не обычная. У детали есть Дарлингтоны со встроенными резисторами ограничения тока, и все они находятся на одной матрице, поэтому они должны быть более точно согласованы. Возможно, но сложно, параллельные BJT. Тем не менее, моя точка зрения по-прежнему заключается в том, что рассматриваемое устройство не имеет «многих параллельных секций BJT, чтобы снизить сопротивление на очень низком уровне»
Кевин Вермеер
@KevinVermeer прав, что цитата Джорджа Бернарда Шоу только что пришла мне в голову, и я почувствовал себя вынужденным. Тогда я предположил ответ, не задумываясь об этом. После быстрого прочтения Википедии, я думаю, что они просто параллели всему IGBT много раз. Хотя есть несколько причин для параллельного bjt, они не являются общими, и это не одна из них. Лучшие из группы будут склонны поглощать все текущие. У них есть сопротивление ... несколько, которые зависят от их точки q. Опять простите меня
Мэтт