ต้องการความช่วยเหลือในการทำความเข้าใจและตีความเอกสารข้อมูล IGBT

เมื่อพูดถึงการควบคุมมอเตอร์ฉันเข้าใจว่าเรามีตัวเลือกในการใช้ MOSFETs หรือ IGBT แบบแยก นอกจากนี้ยังมีสินค้าบางอย่างในตลาดที่ 6 IGBTs จะอยู่ในแพคเกจเดียวเช่นGB25XF120K (นี่คืออีกส่วนหนึ่งตัวอย่างจาก Infineon: FS75R06KE3 )

อย่างไรก็ตามฉันไม่ทราบวิธีเปรียบเทียบและเปรียบต่างโซลูชันนี้กับการใช้ MOSFET 6 แบบแยกกันในแง่ของ:

• ความเร็วในการเปลี่ยน
• การกระจายพลังงาน (คงที่ IGBT ที่เทียบเท่ากับ I ²  * R _DSคืออะไร?)
• การกระจายพลังงาน (การสลับ)
• การระบายความร้อน (ทำไมจึงไม่มีการประกาศความต้านทานความร้อนแบบจุดต่อ - แยก)
• วงจรขับเคลื่อนของประตู

นอกจากนี้แหล่งข้อมูลทั้งหมดที่ฉันได้อ่านในหัวข้อ "แนะนำ" IGBTs สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูง (> 200V) แต่พวกเขาไม่ได้รับรายละเอียดอย่างแท้จริง ดังนั้นฉันถามคำถามอีกครั้งอาจจะแตกต่างกันเล็กน้อย: ทำไมฉันไม่ต้องการใช้ IGBT สำหรับ - เป็นตัวอย่าง - มอเตอร์ DC 48V brushless?

สำหรับการออกแบบ 48 V ด้วยมอเตอร์ BLDC คุณต้องการใช้ MOSFET เหตุผลคือแรงดันไฟฟ้าต่ำ (<200 V) MOSFET มีให้พร้อมกับความต้านทานต่ำมาก: R _{DS บน} <10 $m\Omega$ สำหรับ V _DS  = 100 V เป็นสิ่งที่คุณจะได้รับจากผู้ผลิตอย่างน้อยสามรายในแพ็คเกจ SuperSO8 ขนาด 5 x 6 มม. ² และคุณจะได้รับประโยชน์เพิ่มเติมจากความสามารถของ MOSFET ในการเปลี่ยนอย่างรวดเร็ว

IGBT กลายเป็นส่วนหนึ่งของตัวเลือกเมื่อคุณต้องการสลับกระแสสูงด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือแรงดันตกที่ค่อนข้างคงที่ (V _{CE, sat} ) เทียบกับ MOSFET ที่มีความต้านทานต่อ (R _{DS, on} ) ลองเสียบคุณสมบัติคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียพลังงานคงที่เป็นสองสมการเพื่อให้ดูดีขึ้น (คงที่หมายถึงเรากำลังพูดถึงอุปกรณ์ที่เปิดอยู่ตลอดเวลาเราจะพิจารณาเปลี่ยนการสูญเสียในภายหลัง)

P _{loss, IGBT}  = I * V _{CE, sat}

การ_{สูญเสีย} P _{, MOSFET}  = I ²  * R _{DS เปิด}

คุณสามารถเห็นได้ว่าด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นการสูญเสียในการเพิ่มขึ้นของ IGBT ในลักษณะเชิงเส้นและการเพิ่มขึ้นของ MOSFET ที่มีกำลังสอง ที่แรงดันไฟฟ้าสูง (> = 500 V) และกระแสสูง (อาจ> 4 ... 6 A) พารามิเตอร์ทั่วไปที่มีสำหรับ V _{CE, sat}หรือ R _DSบอกคุณว่า IGBT จะมีการสูญเสียพลังงานคงที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบ เพื่อ MOSFET

จากนั้นคุณจะต้องพิจารณาความเร็วในการเปลี่ยน: ในระหว่างเหตุการณ์การสลับเช่นในระหว่างการเปลี่ยนจากอุปกรณ์ปิดเป็นเปิดและในทางกลับกันมีช่วงเวลาสั้น ๆ ที่คุณมีแรงดันไฟฟ้าสูงพอสมควร ( V _CEหรือ V _DS ) และมีกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ เนื่องจากกำลังไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันนี่ไม่ใช่สิ่งที่ดีและคุณต้องการให้เวลานี้สั้นที่สุด โดยธรรมชาติแล้วมอสเฟตเปลี่ยนเร็วกว่ามากเมื่อเทียบกับ IGBTs และจะมีการสูญเสียการเปลี่ยนโดยเฉลี่ยต่ำกว่า เมื่อคำนวณการกระจายพลังงานโดยเฉลี่ยที่เกิดจากการสลับการสูญเสียสิ่งสำคัญคือต้องดูความถี่การสลับแอปพลิเคชันของคุณโดยเฉพาะนั่นคือความถี่ที่คุณใส่อุปกรณ์ของคุณผ่านช่วงเวลาที่อุปกรณ์เหล่านั้นไม่สามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์ (V _CEหรือ V _DSเกือบเป็นศูนย์) หรือปิด (ปัจจุบันเกือบเป็นศูนย์)

สรุปตัวเลขทั่วไปคือ ...

IGBT จะดีกว่าที่

• เปลี่ยนความถี่ต่ำกว่า 10 kHz
• แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 500 ... 800 V
• กระแสเฉลี่ยสูงกว่า 5 ... 10 A

กฎเหล่านี้เป็นเพียงกฎง่ายๆและเป็นความคิดที่ดีที่จะใช้สมการข้างต้นกับพารามิเตอร์จริงของอุปกรณ์จริงเพื่อให้ได้ความรู้สึกที่ดีขึ้น

หมายเหตุ: ตัวแปลงความถี่สำหรับมอเตอร์มักจะมีความถี่ในการสลับระหว่าง 4 ... 32 kHz ในขณะที่การสลับแหล่งจ่ายไฟได้รับการออกแบบด้วยความถี่ swithing> 100 kHz ความถี่ที่สูงขึ้นมีข้อได้เปรียบมากมายในการจ่ายกระแสไฟสลับ (แม่เหล็กขนาดเล็ก, กระแสระลอกเล็ก) และเหตุผลหลักว่าทำไมพวกเขาถึงได้ในวันนี้คือความพร้อมของ MOSFET พลังงานที่พัฒนาขึ้นมากที่> 500 V. .8 kHz เป็นเพราะวงจรเหล่านี้มักจะต้องจัดการกับกระแสที่สูงขึ้นและคุณออกแบบสิ่งทั้งหมดรอบ IGBTs ค่อนข้างสลับช้า

และก่อนที่ฉันจะลืม: เหนือกว่า 1,000 V, MOSFET นั้นไม่สามารถใช้ได้ (เกือบหรือ ... โดยไม่มีค่าใช้จ่ายพอสมควร[แก้ไข:] SiC อาจกลายเป็นตัวเลือกที่สมเหตุสมผลเมื่อกลางปี ​​2013 ) ดังนั้นในวงจรที่ต้องใช้อุปกรณ์ระดับ 1200 V คุณเพียงแค่ต้องติดตั้ง IGBT ส่วนใหญ่