आईजीबीटी डेटाशीट्स को समझने और व्याख्या करने में मदद की आवश्यकता है

Question

जब मोटर नियंत्रण की बात आती है, तो मैं समझता हूं कि हमारे पास असतत MOSFETs या IGBTs का उपयोग करने का विकल्प है। इसके अलावा, बाजार में कुछ उत्पाद हैं जहां 6 IGBT को एक ही पैकेज में रखा जाता है, जैसे GB25XF120K । (यहाँ एक अन्य उदाहरण भाग, Infineon से: FS75R06KE3 )

हालाँकि, मैं नहीं जानता कि कैसे 6 असतत MOSFETs का उपयोग करने के लिए इस समाधान की तुलना और इसके विपरीत, के संदर्भ में:

• स्विचिंग गति
• बिजली अपव्यय (स्थैतिक; IGBT I ²  * R _{DS के} बराबर क्या है ?)
• बिजली अपव्यय (स्विचन)
• कूलिंग (प्रकाशित जंक्शन-से-परिवेश थर्मल प्रतिरोध क्यों नहीं है?)।
• गेट ड्राइव सर्किटरी

इसके अलावा, मैंने जिन सभी स्रोतों को इस विषय पर पढ़ा है, वे उच्च वोल्टेज (> 200 वी) के लिए आईजीबीटी की सिफारिश करते हैं, लेकिन वे वास्तव में विवरण में नहीं आते हैं। इसलिए मैं फिर से सवाल पूछता हूं, शायद थोड़ा अलग: मैं एक आईजीबीटी का उपयोग क्यों नहीं करना चाहता हूं-एक उदाहरण के लिए- 48 वी ब्रशलेस डीसी मोटर?

Comments

अपने Infineon लिंक में K / W को देखो, इसका थर्मल प्रतिरोध है। बस केल्विन में (जिसका आकार सेल्सियस के समान है)। डिसिप्रेशन P = Vce * से आता है जैसा कि BJT में होता है।

@Rocket सर्जन: हाँ, लेकिन थर्मल प्रतिरोध मानों में से कोई भी "*** - टू-एम्बिएंट" नहीं है। क्या यह इसलिए है क्योंकि एक हीट सिंक की हमेशा आवश्यकता होती है?

— someBetter

आप पैकेज में अंकगणितीय जंक्शन जोड़ सकते हैं, और हीटसिंक पर पैकेज कर सकते हैं। परिणाम परिवेश के लिए जंक्शन होगा।

@Rocket सर्जन - [जंक्शन टू पैकेज] + [पैकेज टू हीट्टिस]! = [जंक्शन टू एंबिएंट]। पहले दो थर्मल प्रतिरोधक प्रवाहकीय होते हैं और कम (~ 1K / W), पिछले एक हीट एक्सचेंज के माध्यम से संवहन के माध्यम से होता है और यह कि थर्मल प्रतिरोध आमतौर पर एक साथ जोड़े गए अन्य की तुलना में बहुत अधिक होता है, अक्सर छोटे गर्मी सिंक के लिए 10 गुना अधिक होता है। ।

— स्टीवनवह

@stevenvh: मुझे लगता है कि यह आपके हीट सिंक पर निर्भर करता है। साथ ही, आपने मुझे 8 सेकंड से हराया।

— केविन वर्मर

Answer 1

BLDC मोटर के साथ 48 V डिज़ाइन के लिए, आप MOSFETs का उपयोग करना चाहते हैं। इसका कारण यह है कि कम वोल्टेज (<200 V) MOSFETs एक बहुत कम ऑन-रेसिस्टेंस के साथ उपलब्ध हैं: R _DS, V _DS  = 100 V के लिए <10  पर कुछ ऐसा है जिसे आप कम से कम तीन अलग-अलग निर्माताओं से प्राप्त कर सकते हैं। 5 x 6 मिमी ² सुपरसो 8 पैकेज। और आपको MOSFETs की क्षमता का जोड़ा लाभ वास्तव में तेजी से स्विच करने के लिए मिलता है।$m\Omega$

जब आप उच्च वोल्टेज पर उच्च धाराओं को स्विच करना चाहते हैं तो IGBT पसंद के हिस्से बन जाते हैं। उनका लाभ एक काफी निरंतर वोल्टेज ड्रॉप (वी _{सीई, संतृप्त} ) बनाम एक एमओएसएफईटी का प्रतिरोध (आर _{डीएस, ऑन} ) है। आइए स्थैतिक बिजली के नुकसान के लिए जिम्मेदार संबंधित उपकरणों के विशेषता गुणों को दो समीकरणों में प्लग करें ताकि एक बेहतर रूप प्राप्त कर सकें (स्थैतिक का मतलब है कि हम उन उपकरणों के बारे में बात कर रहे हैं जो हर समय चालू रहते हैं, हम बाद में घाटे को बदलने पर विचार करेंगे)।

P _{नुकसान, IGBT}  = I * V _{CE, बैठ गया}

P _{नुकसान, MOSFET}  = I ²  * R _{DS, पर}

आप देख सकते हैं कि, बढ़ती धारा के साथ, एक आईजीबीटी में हानि एक रैखिक तरीके से बढ़ती है और जो MOSFET में दो की शक्ति के साथ बढ़ती है। उच्च वोल्टेज पर (> = 500 वी) और उच्च धाराओं (शायद> 4 ... 6 ए) के लिए, आमतौर पर वी _{सीई, सैट} या आर _{डीएस के} लिए उपलब्ध पैरामीटर _, आपको बता दें कि एक आईजीबीटी की तुलना में कम स्थैतिक बिजली नुकसान होगा एक MOSFET के लिए।

फिर, आपको स्विचिंग गति पर विचार करने की आवश्यकता है: एक स्विचिंग इवेंट के दौरान, अर्थात किसी डिवाइस के ऑफ-स्टेट से उसके ऑन-स्टेट और इसके विपरीत में संक्रमण के दौरान, एक संक्षिप्त समय होता है जहां आपके पास डिवाइस में एक उच्च वोल्टेज होता है ( वी _सीई या वी _डीएस ) और डिवाइस के माध्यम से प्रवाह होता है। चूँकि पावर वोल्टेज के करंट है, यह अच्छी बात नहीं है और आप चाहते हैं कि यह समय जितना कम हो सके। उनके स्वभाव से, MOSFETs IGBTs की तुलना में बहुत तेज़ी से स्विच करते हैं और उनमें कम औसत स्विचिंग नुकसान होंगे। स्विचिंग घाटे के कारण होने वाली औसत बिजली अपव्यय की गणना करते समय, आपके विशेष एप्लिकेशन की स्विचिंग आवृत्ति को देखना महत्वपूर्ण है - अर्थात्: आप अपने उपकरणों को समय-अवधि के माध्यम से कितनी बार डालते हैं, जहां वे न तो पूरी तरह से चालू होंगे (वी _सीईया वी _डीएस लगभग शून्य) या ऑफ (वर्तमान लगभग शून्य)।

सभी के सभी, विशिष्ट संख्या यह है कि ...

IGBT में बेहतर होगा

• कुछ 10 किलोहर्ट्ज़ से कम आवृत्तियों पर स्विच करना
• 500 से ऊपर वोल्टेज ... 800 वी
• 5 ... 10 ए के ऊपर की औसत धाराएँ

ये केवल अंगूठे के कुछ नियम हैं और बेहतर एहसास पाने के लिए कुछ वास्तविक उपकरणों के वास्तविक मापदंडों के साथ उपरोक्त समीकरणों का उपयोग करना निश्चित रूप से एक अच्छा विचार है।

एक नोट: मोटर्स के लिए फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में अक्सर 4 ... 32 किलोहर्ट्ज़ के बीच स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी होती है, जबकि बिजली की आपूर्ति स्विच करने के लिए स्विफ्टिंग फ़्रीक्वेंसी> 100 kHz के साथ डिज़ाइन किए जाते हैं। बिजली की आपूर्ति (छोटे मैग्नेटिक्स, छोटे तरंग धाराओं) को स्विच करने में उच्चतर आवृत्तियों के कई फायदे हैं और मुख्य कारण यह है कि आज संभव है कि> 500 वी पर बहुत बेहतर बिजली MOSFETs की उपलब्धता हो। यही कारण है कि मोटर चालक अभी भी 4 का उपयोग करते हैं। .8 kHz है क्योंकि इन सर्किट में आमतौर पर उच्च धाराओं को संभालना होता है और आप पूरी चीज को आईजीबीटी को धीमा करने के बजाय चारों ओर डिजाइन करते हैं।

और इससे पहले कि मैं भूल जाऊं: लगभग 1000 V से ऊपर, MOSFETs बस उपलब्ध नहीं हैं (लगभग, या ... बिना किसी उचित लागत के; [संपादित करें]] 2013 के मध्य तक SiC कुछ हद तक उचित विकल्प बन सकता है । इसलिए, सर्किट में जिन्हें 1200 वी श्रेणी के उपकरणों की आवश्यकता होती है, आपको बस आईजीबीटी के साथ रहना होगा, ज्यादातर।