Benötigen Sie Hilfe beim Verständnis und der Interpretation von IGBT-Datenblättern?

Ich verstehe, dass wir bei der Motorsteuerung die Möglichkeit haben, diskrete MOSFETs oder IGBTs zu verwenden. Es gibt auch einige Produkte auf dem Markt, bei denen 6 IGBTs in einem einzigen Paket untergebracht sind, z. B. GB25XF120K . (Hier ist ein weiterer Beispielteil von Infineon: FS75R06KE3 )

Ich weiß jedoch nicht, wie ich diese Lösung mit 6 diskreten MOSFETs vergleichen und kontrastieren kann, und zwar in Bezug auf:

• Schaltgeschwindigkeit
• Verlustleistung (statisch; was ist das IGBT-Äquivalent I ²  * R _{DS, an} ?)
• Verlustleistung (Schalten)
• Kühlung (Warum wird kein Wärmewiderstand zwischen Übergang und Umgebung veröffentlicht?).
• Gate-Ansteuerschaltung

Außerdem "empfehlen" alle Quellen, die ich zu diesem Thema gelesen habe, IGBTs für hohe Spannungen (> 200 V), aber sie gehen nicht wirklich ins Detail. Also stelle ich die Frage noch einmal, vielleicht etwas anders: Warum sollte ich einen IGBT nicht als Beispiel für einen bürstenlosen 48-V-Gleichstrommotor verwenden wollen?

$m\Omega$

IGBTs werden zum bevorzugten Teil, wenn Sie hohe Ströme bei hohen Spannungen schalten möchten. Ihr Vorteil ist ein ziemlich konstanter Spannungsabfall (V _{CE, sat} ) gegenüber dem Einschaltwiderstand eines MOSFET (R _{DS, on} ). Lassen Sie uns die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Geräte, die für die statischen Leistungsverluste verantwortlich sind, in zwei Gleichungen einfügen, um einen besseren Überblick zu erhalten (statisch bedeutet, dass es sich um Geräte handelt, die ständig eingeschaltet sind, wir werden später über Schaltverluste nachdenken).

P- _{Verlust, IGBT}  = I * V _{CE, ges}

P- _{Verlust, MOSFET}  = I ²  * R _{DS, ein}

Sie können sehen, dass mit steigendem Strom die Verluste in einem IGBT linear ansteigen und die in einem MOSFET mit einer Zweierpotenz ansteigen. Bei hohen Spannungen (> = 500 V) und bei hohen Strömen (möglicherweise> 4 ... 6 A) weisen die allgemein verfügbaren Parameter für V _{CE, sat} oder R _{DS darauf hin,} dass ein IGBT im Vergleich dazu geringere statische Leistungsverluste aufweist zu einem MOSFET.

Dann müssen Sie die Schaltgeschwindigkeiten berücksichtigen: Während eines Schaltereignisses, dh während des Übergangs vom Aus-Zustand eines Geräts in den Ein-Zustand und umgekehrt, gibt es eine kurze Zeit, in der am Gerät eine ziemlich hohe Spannung anliegt ( V _CE oder V _DS ) und es fließt Strom durch das Gerät. Da die Leistung Spannung mal Strom ist, ist dies keine gute Sache und Sie möchten, dass diese Zeit so kurz wie möglich ist. MOSFETs schalten naturgemäß viel schneller als IGBTs und weisen geringere durchschnittliche Schaltverluste auf. Bei der Berechnung der durchschnittlichen Verlustleistung, die durch Schaltverluste verursacht wird, ist es wichtig, die Schaltfrequenz Ihrer speziellen Anwendung zu berücksichtigen. Dies bedeutet: Wie oft setzen Sie Ihre Geräte in den Zeitraum, in dem sie nicht vollständig eingeschaltet sind (V _CE)oder V _DS fast Null) oder aus (Strom fast Null).

Alles in allem sind typische Zahlen, dass ...

IGBTs werden besser darin sein

• Schaltfrequenzen unter etwa 10 kHz
• Spannungen über 500 ... 800 V.
• Durchschnittsströme über 5 ... 10 A.

Dies sind nur einige Faustregeln und es ist definitiv eine gute Idee, die obigen Gleichungen mit den tatsächlichen Parametern einiger tatsächlicher Geräte zu verwenden, um ein besseres Gefühl zu erhalten.

Ein Hinweis: Frequenzumrichter für Motoren haben häufig Schaltfrequenzen zwischen 4 ... 32 kHz, während Schaltnetzteile mit Schaltfrequenzen> 100 kHz ausgelegt sind. Höhere Frequenzen haben viele Vorteile beim Schalten von Stromversorgungen (kleinere Magnete, kleinere Welligkeitsströme) und der Hauptgrund, warum sie heute möglich sind, ist die Verfügbarkeit von stark verbesserten Leistungs-MOSFETs bei> 500 V. Der Grund, warum Motortreiber immer noch 4 .. 0,8 kHz liegt daran, dass diese Schaltungen normalerweise höhere Ströme verarbeiten müssen und Sie das Ganze auf eher langsam schaltende IGBTs ausrichten.

Und bevor ich es vergesse: Oberhalb von ungefähr 1000 V sind MOSFETs einfach nicht verfügbar (fast oder ... ohne vernünftige Kosten; [Bearbeiten:] SiC kann ab Mitte 2013 eine einigermaßen vernünftige Option sein ). In Schaltkreisen, die Geräte der 1200-V-Klasse erfordern, müssen Sie sich daher meistens nur an IGBTs halten.