คะแนน IGBT ฉันไม่เข้าใจว่ามันเป็นไปได้อย่างไร

ฉันพบIXGX400N30A3ที่ Digikey แผ่นข้อมูลบอกว่าอุปกรณ์ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 400A @ 25C, 1200A @ 25C เป็นเวลา 1 มิลลิวินาทีโดยมีระดับแรงดันไฟฟ้า 300V และ PD 1000W

จริงๆ? แพ็คเกจ TO-264 นี้สามารถควบคุมกระแส 400A ได้ทั้งวัน? ฉันสามารถเชื่อม TIG ช่างเชื่อมของฉันกับมันในโหมด DC ได้หรือไม่? ลีดเดอร์เหล่านั้นมีกระแส 400A อย่างไร

อุปกรณ์นั้นมีความต้านทานความร้อนต่ำมากจากจุดแยกไปยังเคส $R_{thJC}$= 0.125 ºC / W (สูงสุด) ซึ่งหมายความว่าสำหรับทุกวัตต์ที่กระจายตัวแยกจะเท่ากับ 0.125 (C (สูงสุด) เหนืออุณหภูมิของเคส ตัวอย่างเช่นสำหรับ$I_C$= 300 A $V_{GE}$= 15 V และ $T_J$= 125 ºC (ดูรูปที่ 2) $V_{CE}$จะมีค่าประมาณ 1.55 V. นั่นคือพลังของ P = 300 · 1.55 = 465 W ที่กำลังกระจาย (ใช่มากกว่าเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าบางตัว) ดังนั้นทางแยกจะเป็น 465 · 0.125 = 58.125 (C (สูงสุด) เหนืออุณหภูมิเคสซึ่งเป็นค่าต่ำมากสำหรับการกระจายขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตามเพื่อให้อุณหภูมิทางแยกไม่เกินขีด จำกัด (จาก 150 ºC) ความต้านทานความร้อนจากเคสไปจนถึงรอบข้าง $R_{thCA}$ซึ่งขึ้นอยู่กับชุดระบายความร้อนที่ใช้จะต้องต่ำมากเพราะไม่เช่นนั้นอุณหภูมิเคสจะสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบ (และอุณหภูมิจุดแยกสูงกว่าเสมอ) คุณต้องใช้แผ่นระบายความร้อนที่ดีมาก (ต่ำมาก)$R_{th}$) เพื่อให้สามารถเรียกใช้สิ่งมีชีวิตนี้ที่ 300 A

สมการเชิงความร้อนคือ:

กับ

$T_J$: อุณหภูมิทางแยก [ºC] จะต้องมี <150 ºCตามแผ่นข้อมูล
$P_D$ : การกระจายพลังงาน [W]
$R_{thJC}$: ความต้านทานความร้อนจากจุดแยกไปยังเคส [ºC / W] นี่คือ 0.125 ºC / W (สูงสุด) ตามแผ่นข้อมูล
$R_{thCA}$: การทนความร้อนจากเคสไปจนถึงสภาพแวดล้อม [ºC / W] ขึ้นอยู่กับฮีทซิงค์ที่ใช้
$T_A$ : อุณหภูมิแวดล้อม [ºC]

ตัวอย่างเช่นที่อุณหภูมิแวดล้อม 60 ºCหากคุณต้องการกระจาย 465 W ดังนั้นฮีตซิงค์ต้องเป็นเช่นนั้น $R_{thCA}$ มากที่สุดคือ 0.069 ºC / W ซึ่งหมายถึงพื้นผิวขนาดใหญ่มากเมื่อสัมผัสกับอากาศและ / หรือการระบายความร้อนที่ถูกบังคับ

เท่าที่ขั้วขนาดโดยประมาณของส่วนที่บางที่สุดของพวกเขาคือ (L-L1) · b1 · c หากพวกเขาทำจากทองแดง (เพียงประมาณ) ความต้านทานของแต่ละคนจะเป็น:

$R_{min}$= 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 $\mu\Omega$

ที่ $I_C$= 300 A แต่ละคนจะกระจายไประหว่าง 13.6 และ 30.5 W (!) นั่นเป็นจำนวนมาก สองเท่าของมัน (สำหรับ C และ E) อาจสูงถึง 13% ของ 465 W ที่กำลังกระจาย (ในตัวอย่างนี้) ที่ IGBT แต่โดยปกติคุณจะประสานพวกเขาเพื่อให้ส่วนที่สั้นกว่า (L-L1)

แน่นอนมันเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามพิจารณาว่าหมายเลข '400A @ 25 ° C' เป็นไปตาม$T_C$ อุณหภูมิ 25 ° C ไม่ใช่อุณหภูมิอากาศ $T_C$คืออุณหภูมิเคส ที่ 400A แรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งอุปกรณ์$V_{CE(sat)}$มีค่าเท่ากับ 1.70 V. ที่ 400A นั่นคือการกระจายพลังงานที่ 680 W คุณจะต้องใช้ฮีทซิงค์ฮีทหนึ่งตัวซึ่งอาจไม่สามารถทำได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าอุณหภูมิ 25 ° C

เท่าที่ผู้นำที่มีกระแสนั้นภาพวาดที่มีขนาดบอกว่ามีความกว้างอย่างน้อย 2.21 มม. และหนา 0.43 มม. นั่นคือพื้นที่หน้าตัดประมาณ 1 ตารางมม. เทียบเท่ากับลวด 17 เกจ แผนภูมิอ้างอิงของฉันบอกว่า 100A จะทำให้ส่วนที่ยาวของความหนาของลวด (วงกลมไม่มีฉนวน) ละลายใน 30 วินาที แน่นอนโอกาสในการขายเหล่านี้จะไม่ได้อยู่ในเซ็กเมนต์ที่ยาวนาน แต่จะเชื่อมต่อกับระนาบทองแดงที่ระบายความร้อนได้ แต่ถึงอย่างนั้นนั่นก็ผลักดันมันให้แน่นทีเดียว

คุณเรียนรู้อะไรจากการวิเคราะห์นี้ อย่าเชื่อถือหน้าแรกของแผ่นข้อมูล! คุณสามารถละเว้นตารางใด ๆ ที่ระบุว่า "ค่าสูงสุดแน่นอน" ได้อย่างมีความสุข คุณไม่ได้รับประกันอุปกรณ์ที่ใช้งานได้หรือการออกแบบที่ใช้งานได้หากคุณพิจารณาจำนวนเหล่านี้ อาจารย์ของฉันพูดเสมอว่าหน้าเหล่านี้รวบรวมโดยฝ่ายการตลาดไม่ใช่ฝ่ายวิศวกรรม ในกรณีนี้ตารางที่คุณได้รับหมายเลขนั้นจะถูกระบุว่าเป็น "การจัดอันดับสูงสุด" อย่าออกแบบอุปกรณ์ของคุณให้ทำงานใกล้กับตัวเลขเหล่านี้ ให้เลื่อนลงไปที่กราฟลักษณะและพารามิเตอร์การทำงานมาตรฐาน (อันหลังไม่ได้อยู่ในแผ่นข้อมูลนี้ แต่จะอยู่ในแผ่นข้อมูลอื่น) และออกแบบตามนั้น กำหนดว่า PCB หรือสายไฟของคุณสามารถรองรับกระแสไฟได้มากแค่ไหนและคุณสามารถเพิ่มฮีทซิงค์ได้เท่าไร

คุณพูดถึงว่าคุณอยู่ใน Digikey; ฉันคาดเดาว่าคุณเอาเลี้ยวผิดและไปมองหาส่วนที่สูงในปัจจุบันในกลุ่ม 'แยกอุปกรณ์กึ่งตัวนำผลิตภัณฑ์' ส่วนIGBTs - เดี่ยว ส่วนนี้มีไว้สำหรับส่วนประกอบที่ติดตั้งบน PCB ความเป็นจริงของการผลิต PCB (การบัดกรี, ความหนาทองแดง, การระบายความร้อน) จะ จำกัด ค่าที่ทำได้จริงในที่นี้ หากคุณต้องการได้สิ่งที่เป็นกระแสสูงจริงๆให้ไปที่ 'โมดูลเซมิคอนดักเตอร์' ซึ่งเป็นที่ที่ชิ้นส่วนที่ยึดโครงแชสซีที่เชื่อมต่อกับสายไฟหนาอยู่ IGBTsส่วนมีมีองค์ประกอบเหมือนสัตว์นี้แสดงให้เห็นด้วยดินสอสำหรับขนาด (ยืมมาจากวิกิพีเดีย) A:

อุปกรณ์นั้นสามารถจัดการกับ 3300 และ 1200 A ได้จริง มันคือ 190 คูณ 140 มม. มากกว่าอุปกรณ์ยึด PCB เล็กน้อย มีอุปกรณ์ขนาดเล็กจำนวนมากที่เหมาะสมกว่าให้เลือกเช่นกัน

คำตอบสั้น ๆ : คุณไม่ทำทั้ง 400A และ 300V ในเวลาเดียวกันอย่างน้อยก็ไม่นาน

อุปกรณ์ผ่านไปเกือบจะไม่มีกระแสเมื่ออยู่ในสถานะปิดและกระจายพลังงานน้อยมากเมื่อปิด อุปกรณ์เกิดแรงดันไฟฟ้าตกน้อยมากเมื่อทำงานในสถานะเปิดและจะกระจายความร้อนที่สามารถควบคุมได้ในสถานะนั้น

การเผาไหม้ครั้งใหญ่เกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสองเงื่อนไข อาจเป็นกรณีที่เลวร้ายที่สุดคือเปิดกับโหลดเช่นมอเตอร์ขนาดใหญ่ กระแสที่ไหลเข้าเพื่อหมุนมอเตอร์อาจทำให้เกิดเศษเสี้ยวที่สำคัญในไม่กี่วินาทีในระหว่างที่ความร้อนจำนวนมากสามารถพัฒนาได้

เพราะคุณเห็นสิ่งต่าง ๆ ; และคุณพูดว่า 'ทำไม' แต่B. Jayant Baligaฝันถึงสิ่งที่ไม่เคยเป็นมาก่อน และพูดว่า "ทำไมไม่"

แต่อย่างจริงจังผู้นำมีความต้านทานต่ำมากดังนั้นพวกเขาจึงไม่สร้างความร้อนมาก ฉันคิดว่ามีหลายส่วน bjt พร้อมกันในอุปกรณ์จริงเพื่อลดความต้านทานลงต่ำมาก