IGBT-Bewertungen, ich verstehe nicht, wie das möglich ist

Ich habe den IXGX400N30A3 bei Digikey gefunden. Das Datenblatt besagt, dass das Gerät für 400 A bei 25 ° C, 1200 A bei 25 ° C für 1 ms bei einer Nennspannung von 300 V und einer PD von 1000 W ausgelegt ist.

"Ja wirklich?" Dieses TO-264-Paket kann den ganzen Tag über 400 A Strom steuern? Kann ich meinen WIG-Schweißer damit im DC-Modus kurzschließen? Wie führen diese Leitungen überhaupt 400 A Strom?

Dieses Gerät hat einen sehr geringen Wärmewiderstand von der Verbindungsstelle zum Gehäuse, = 0,125 ºC / W (max), was bedeutet, dass die Verbindungsstelle für jedes verbrauchte Watt nur 0,125 ºC (max) über der Gehäusetemperatur liegt. So beträgt beispielsweise für = 300 A = 15 V und = 125 ºC (siehe Abb. 2) nur etwa 1,55 V. Dies entspricht einer Potenz von P = 300 · 1,55 = 465 W werden abgeführt (ja, mehr als einige elektrische Heizungen). Die Verbindungsstelle liegt also 465 · 0,125 = 58,125 ºC (max) über der Gehäusetemperatur, was für diese massive Dissipation ein sehr geringer Unterschied ist. I C V G E T J V C $R_{thJC}$$I_C$$V_{GE}$$T_J$$V_{CE}$

Damit die Sperrschichttemperatur ihre Grenze (von 150 ºC) nicht überschreitet, muss jedoch auch der Wärmewiderstand von Gehäuse zu Umgebung , der vom verwendeten Kühlkörper abhängt, sehr niedrig sein, da sonst die Die Gehäusetemperatur würde deutlich über die Umgebungstemperatur steigen (und die Sperrschichttemperatur liegt immer darüber). Mit anderen Worten, du brauchst einen sehr guten Kühlkörper (mit einem sehr niedrigen ), um diese Kreatur mit 300 A laufen zu lassen. R t $R_{thCA}$$R_{th}$

Die thermische Gleichung lautet:

mit

: Sperrschichttemperatur [ºC]. Muss laut Datenblatt <150 ºC sein. P D : Verlustleistung [W]. R t h J C : Wärmewiderstand von der Verbindungsstelle zum Gehäuse [ºC / W]. Dies sind laut Datenblatt 0,125 ºC / W (max.). R t h C A : Wärmewiderstand vom Gehäuse zur Umgebung [ºC / W]. Dies hängt vom verwendeten Kühlkörper ab. : Umgebungstemperatur [ºC].$T_J$
$P_D$
$R_{thJC}$
$R_{thCA}$
$T_A$

Wenn Sie beispielsweise bei einer Umgebungstemperatur von 60 ºC 465 W abführen möchten, muss der Kühlkörper so sein, dass höchstens 0,069 ºC / W beträgt, was eine sehr große Oberfläche in Kontakt mit Luft impliziert und / oder erzwungene Kühlung.$R_{thCA}$

Bei den Anschlüssen betragen die ungefähren Abmessungen ihres dünnsten Teils (L-L1) · b1 · c. Wenn sie aus Kupfer bestehen würden (nur eine Annäherung), wäre der Widerstand jedes einzelnen:

= 16.78e-9 * (19.79e-3-2.59e-3) / (2.59e-3 * 0.74e-3) = 151 & mgr; & OHgr; R m a x = 16.78e-9 * (21.39e -3-2.21e-3) / (2.21e-3 * 0.43e-3) = 339 & mgr; $R_{min}$$\mu\Omega$
$R_{max}$$\mu\Omega$

Bei = 300 A würde jeder von ihnen zwischen 13,6 und 30,5 W (!) Abführen. Das ist viel. Zweimal davon (für C und E) können bis zu 13% der 465 W sein, die (in diesem Beispiel) am IGBT selbst abgeführt werden. Normalerweise löten Sie sie jedoch so, dass der dünne Teil kürzer als (L-L1) ist.$I_C$

Sicher ist es möglich. Beachten Sie jedoch, dass die Zahl '400A bei 25 ° C' auf einer von 25 ° C und nicht auf einer Lufttemperatur basiert . T C ist die Gehäusetemperatur. Bei 400 A kann die Spannung am Gerät V C E ( s a t ) 1,70 V betragen. Bei 400 A entspricht dies einer Verlustleistung von 680 W. Sie benötigen einen kräftigen Kühlkörper, der insbesondere physikalisch möglicherweise nicht möglich ist wenn die Umgebungstemperatur 25 ° C beträgt. $T_C$$T_C$$V_{CE(sat)}$

In Bezug auf die Leitungen, die diesen Strom führen, heißt es in der Maßzeichnung, dass sie mindestens 2,21 mm breit und 0,43 mm dick sind. Dies entspricht einer Querschnittsfläche von etwa 1 mm², was einem 17-Gauge-Draht entspricht. Mein Referenzdiagramm besagt, dass 100A ein langes Segment dieser Dicke von (kreisförmigem, nicht isoliertem) Draht in 30 Sekunden zum Schmelzen bringt. Natürlich werden diese Leitungen keine langen Segmente sein, sondern mit wärmeversunkenen Kupferebenen verbunden sein. Aber selbst dann drückt es das ziemlich fest.

Was haben Sie aus dieser Analyse gelernt? Vertraue nicht der ersten Seite eines Datenblattes! Sie können auch jede Tabelle mit der Bezeichnung "Absolutes Maximum" ignorieren. Wenn Sie diese Zahlen umwerben, wird Ihnen kein funktionierendes Gerät oder implementierbares Design garantiert. Meine Professoren haben immer gesagt, dass diese Seiten von der Marketingabteilung und nicht von der technischen Abteilung zusammengestellt werden. In diesem Fall ist die Tabelle, aus der Sie diese Nummer erhalten haben, mit "Maximale Bewertungen" gekennzeichnet. Entwerfen Sie Ihr Gerät nicht so, dass es in der Nähe dieser Nummern funktioniert. Scrollen Sie stattdessen nach unten zu den charakteristischen Diagrammen und Standardbetriebsparametern (letzteres befindet sich nicht in diesem Datenblatt, aber in anderen) und entwerfen Sie darauf basierend. Bestimmen Sie, wie viel Strom Ihre Leiterplatte oder Ihre Drähte verarbeiten können und wie viel Kühlkörperkapazität Sie hinzufügen können.

Sie haben erwähnt, dass Sie auf Digikey waren; Ich vermute, Sie sind falsch abgebogen und haben nach einem Hochstromteil in der Gruppe 'Discrete Semiconductor Products', Abschnitt IGBTS - Single gesucht . Dieser Abschnitt bezieht sich auf Leiterplattenkomponenten. Die Realitäten der Leiterplattenherstellung (Löten, Kupferdicke, Kühlkörper) werden die hier praktisch erreichbaren Werte begrenzen. Wenn Sie wirklich Hochstrommaterial erhalten möchten, gehen Sie zu "Halbleitermodule". Dort befinden sich die am Gehäuse befestigten Teile, die mit dicken Drähten verbunden sind. Der dortige IGBT- Bereich enthält Komponenten wie dieses Biest , die mit einem Bleistift für die Skala angezeigt werden (aus Wikipedia entlehnt):

Dieses Gerät kann tatsächlich 3300 und 1200 A verarbeiten. Es ist 190 x 140 mm groß und kein kleines Gerät zur Leiterplattenmontage. Es gibt auch viele kleinere, vernünftigere Geräte.

Eine kurze Antwort: Sie machen nicht gleichzeitig 400A und 300V, zumindest nicht sehr lange.

Das Gerät leitet im ausgeschalteten Zustand fast keinen Strom und verbraucht im ausgeschalteten Zustand nur sehr wenig Strom. Das Gerät verursacht im eingeschalteten Zustand einen sehr geringen Spannungsabfall und gibt in diesem Zustand eine steuerbare Wärmemenge ab.

Die Hauptverbrennung tritt auf, wenn zwischen den beiden Bedingungen gewechselt wird. Der wahrscheinlich schlimmste Fall ist das Einschalten mit einer Last wie einem großen Motor. Der Einschaltstrom zum Hochdrehen eines Motors kann erhebliche Sekundenbruchteile dauern, in denen viel Wärme entwickelt werden kann.

Weil du Dinge siehst; und du sagst: "Warum?" Aber B. Jayant Baliga träumt von Dingen, die es nie gab; und sagt: 'Warum nicht?' "

Im Ernst, die Leitungen haben einen sehr geringen Widerstand, so dass sie nicht viel Wärme erzeugen. Ich denke, es gibt viele parallele bjt-Abschnitte im eigentlichen Gerät, um den Einschaltwiderstand ebenfalls sehr niedrig zu halten.