IGBT 데이터 시트 이해 및 해석에 도움이 필요

모터 제어와 관련하여 개별 MOSFET 또는 IGBT를 사용할 수있는 옵션이 있음을 이해합니다. 또한 GB25XF120K 와 같이 6 개의 IGBT가 하나의 단일 패키지에 배치되는 일부 제품이 시장에 있습니다. (Infineon의 다른 예제 부분은 다음과 같습니다. FS75R06KE3 )

그러나이 솔루션을 6 개의 개별 MOSFET 사용과 비교하고 대조하는 방법을 모르겠습니다.

스위칭 속도
전력 손실 (정적, IGBT와 동등한 I ² * R _DS는 무엇입니까?)
소비 전력 (스위칭)
냉각 (접점과 주변 열 저항이없는 이유는 무엇입니까?)
게이트 구동 회로

또한,이 주제에 대해 읽은 모든 소스는 고전압 (> 200V)에 대해 IGBT를 "권장"하지만 실제로 세부 사항은 다루지 않습니다. 그래서 나는 다시 다르게 질문을 할 것이다. 48GB 브러시리스 DC 모터를 위해 IGBT를 사용하고 싶지 않은 이유는 무엇입니까?

— 더 나은 뭔가
소스

Infineon 링크에서 열 저항 인 K / W를 살펴보십시오. 켈빈 단위 (섭씨와 정확히 같은 크기) 소실은 BJT에서와 같이 P = Vce * I에서 온다.

@Rocket Surgeon : 예. 그러나 열 저항 값은 "***-to-ambient"가 아닙니다. 방열판이 항상 필요하기 때문입니까?

— 뭔가 더

산술 접합점을 패키지에 추가하고 패키지를 방열판에 추가 할 수 있습니다. 결과는 대기와의 접합입니다.

@Rocket Surgeon-[패키지에 접합] + [패키지에 방열판]! = [주변에 접합]. 첫 번째 두 열 저항은 전도성이고 낮습니다 (~ 1K / W). 마지막 열 교환은 대류를 통해 이루어지며 열 저항은 일반적으로 함께 추가 된 열 교환보다 훨씬 높으며 작은 방열판의 경우 10 배 이상 높습니다. .

— stevenvh

@ stevenvh : 나는 그것이 당신의 방열판에 달려 있다고 생각합니다. 또한, 당신은 8 초나 나를 때렸습니다.

— 케빈 베르메르

BLDC 모터가있는 48V 설계의 경우 MOSFET을 사용하려고합니다. 그 이유는 그 낮은 전압 (<200 V) MOSFET을 함께 사용할 수있는 매우 낮은 온 - 저항 : R _DS에 <10 V에 대한 _DS = 100 V 당신은 적어도 세 가지 다른 제조업체에서 얻을 수있는 무언가이다 5 x 6 mm ² SuperSO8 패키지. 또한 MOSFET이 정말 빠르게 전환 할 수있는 기능의 추가 이점을 얻을 수 있습니다. $m\Omega$

고전압에서 고전류를 스위칭하려는 경우 IGBT가 선택의 일부가됩니다. 이들의 장점은 상당히 일정한 전압 강하 (V _{CE, sat} ) 대 MOSFET의 온 저항 (R _{DS, on} )입니다. 정적 전력 손실을 담당하는 각 장치의 특성을 두 가지 방정식으로 연결하여 더 잘 보이도록하겠습니다 (정적은 항상 켜져있는 장치에 대해 이야기하고 있으므로 나중에 스위칭 손실을 고려할 것임).

P _{손실, IGBT} = I * V _{CE, sat}

P _{손실, MOSFET} = I ² * R _{DS, 켜짐}

전류가 증가함에 따라 IGBT의 손실은 선형으로 증가하고 MOSFET의 손실은 2의 거듭 제곱으로 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 고전압 (> = 500 V) 및 고전류 (아마도 4 ... 6 A)에서 V _{CE, sat} 또는 R _DS에 일반적으로 사용 가능한 매개 변수 는 IGBT가 정적 전력 손실이 더 낮다는 것을 알려줍니다 MOSFET에.

그런 다음 스위칭 속도를 고려해야합니다. 스위칭 이벤트 중, 즉 장치의 꺼짐 상태에서 켜짐 상태로 또는 그 반대로 전환하는 동안 장치의 전압이 상당히 높은 짧은 시간이 있습니다 ( V _CE 또는 V _DS )에 전류가 흐르고 있습니다. 전력은 전압 시간 전류이기 때문에 이것은 좋지 않으며이 시간을 최대한 짧게하고 싶습니다. 본질적으로 MOSFET은 IGBT에 비해 훨씬 빠르게 스위칭되며 평균 스위칭 손실이 더 적습니다. 스위칭 손실로 인한 평균 전력 소비량을 계산할 때는 특정 애플리케이션의 스위칭 주파수를 확인하는 것이 중요합니다. 즉, 장치가 완전히 켜지지 않는 시간 범위 (V _CE) 에 장치를 배치하는 빈도 (V _CE)또는 V _DS 거의 0) 또는 꺼짐 (현재 거의 0).

대체로 전형적인 숫자는 ...

IGBT가 더 나아질 것입니다

약 10kHz 미만의 스위칭 주파수
500 ... 800 V 이상의 전압
5 ... 10 A 이상의 평균 전류

이것들은 단지 약간의 경험 법칙이며 더 나은 느낌을 얻기 위해 실제 장치의 실제 매개 변수와 함께 위의 방정식을 사용하는 것이 좋습니다.

참고 : 모터 용 주파수 변환기는 종종 4 ~ 32kHz 사이의 스위칭 주파수를 가지며 스위칭 전원 공급 장치는 100kHz보다 큰 주파수를 갖는 스위칭 전원으로 설계됩니다. 고주파수는 전원 공급 장치 스위칭 (작은 자기, 작은 리플 전류)에서 많은 장점을 가지고 있으며 오늘날 가능한 주된 이유는> 500V에서 훨씬 개선 된 전력 MOSFET을 사용할 수 있기 때문입니다. 모터 드라이버가 여전히 4.를 사용하는 이유. 0.8kHz는 이러한 회로가 일반적으로 더 높은 전류를 처리해야하기 때문에 오히려 느리게 스위칭되는 IGBT를 중심으로 전체를 설계하기 때문입니다.

그리고 나는 잊어 버리기 전에 : 지상 약 1000 V, MOSFET을 단순히 사용할 수 없습니다 (거의, 또는 ... 아니 저렴한 비용으로, [편집 :]의 SiC는 2013 년 중반의로 다소 합리적인 선택이 될 수 있습니다 ). 따라서 1200V 등급의 장치가 필요한 회로에서는 주로 IGBT를 사용해야합니다.

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소스