15.3: Інтерпретація аркуша даних IGBT

Last updated
Save as PDF

Page ID: 30860

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Частина техпаспорта для FairChild/на напівпровіднику FGH50T65SQD IGBT показана на малюнку\(\PageIndex{1}\). Це IGBT четвертого покоління з конструкцією траншеї. Він розрахований на 650 вольт і 50 ампер. До складу приладу входить антипаралельний діод. Це корисно для мостових додатків, які керують індуктивними навантаженнями (нагадаємо, що струм через індуктор не може змінюватися миттєво, таким чином, при включенні/вимиканні пристроїв в мосту діод служить для створення шляху навколо IGBT для цього струму).

Малюнок\(\PageIndex{1a}\): Лист даних FGH50T65SQD. Використовується з дозволу SCILLC dba ON Semiconductor.

Малюнок\(\PageIndex{1b}\): Лист даних FGH50T65SQD (продовження).

Основними особливостями є рейтинг 650 вольт для\(V_{CE}\), 100 ампер безперервного струму колектора і 268 Вт розсіювання при 25\(^{\circ}\) С. Номінальні показники струму та потужності по суті зменшуються вдвічі при більш практичній температурі 100\(^{\circ}\) С. Порогова напруга\(V_{GE(th)}\), визначається як 4.5 вольт з розкид\(\pm\) 1,9 вольта. Напруга насичення зазвичай становить 1,6 вольт при кімнатній температурі з 50 ампер струму колектора. Цим вигідно відрізняються від базових силових ББТ. Як і силові МОП-транзистори, вхідна ємність відносно висока при 3275 пФ, тому слід дотримуватися тих же запобіжних заходів щодо приводу воріт. Нарешті, зверніть увагу на асиметрію часу перемикання. При кімнатній температурі та 12,5 ампер колекторного струму затримка включення плюс час підйому визначається як приблизно 31 наносекунда, тоді як затримка вимкнення та час падіння становить майже 110 наносекунд. Це відносне уповільнення переходу поза станом характерно для IGBT. Далі, у міру збільшення і струму, і температури (рис.\(\PageIndex{1c}\)), ці рази збільшуються на кілька відсотків. Для порівняння, FDMS86180 потужності E-MOSFET, розглянутий у розділі 12, демонстрував симетричні значення в середині 30 наносекундної області при струмі стоку 67 ампер.

Малюнок\(\PageIndex{1c}\): Лист даних FGH50T65SQD (продовження).

Нарешті, розглянемо графічні дані, представлені на рис\(\PageIndex{1d}\).

Малюнок\(\PageIndex{1d}\): Лист даних FGH50T65SQD (продовження).

Два верхніх графіка показують криві колектора в області низької напруги. Порівняйте їх з малюнком 15.2.3. Аналогічно на середньо-лівому графіку показана вольт-амперна характеристика з коливанням температури. Це відображає малюнок 15.2.4. Нарешті, на двох нижніх графіках показано напругу насичення колектор-випромінювач щодо напруги приводу затвор-емітера для трьох різних струмів колектора. Зверніть увагу, що для найвищого струму при кімнатній температурі напруга насичення становить близько 2 вольт для приводу затвора щонайменше 8 вольт. Це підвищується приблизно до 3 вольт при 175\(^{\circ}\) С.

Комп'ютерне моделювання

Щоб підкреслити продуктивність IGBT, моделюється простий перемикач навантаження серії. Схема показана на рис\(\PageIndex{2}\).

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Схема моделювання IGBT.

Навантаження 10 Ом перемикається від джерела живлення постійного струму 100 вольт через міжнародний випрямляч IRGPC40K IGBT. Ворота приводиться в рух від пікової квадратної хвилі 10 вольт, що працює на 100 кГц.

В ідеалі, якщо IGBT не створював втрат, повне джерело 100 вольт впаде через навантаження, виробляючи імпульси струму 10 ампер. Згідно з техпаспортом пристрою, напруга насичення колектора-випромінювача зазвичай становить 2,1 вольта (максимум 3,2 вольта) з струмом колектора 25 ампер. Загальний час включення/підйому і значення часу вимкнення/падіння становить 62 наносекунди і 290 наносекунд, як правило, при 25 ампер і кімнатній температурі.

Проводиться перехідний аналіз, результати якого наведені на рис\(\PageIndex{3}\).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Перехідний аналіз простого перемикача IGBT.

Напруга стоку (вузол 1) відображається у вигляді фіолетового сліду, а струм стоку - зеленим кольором (зворотний в полярності, щоб побачити його чіткіше). Два курсори (червоний - #1, синій - #2) показують різні рівні. Як і очікувалося, напруга стоку піки на рівні 100 вольт у вимкненому стані, в цей час струм дорівнює нулю. Під час увімкненого стану напруга стоку падає приблизно до 2,36 вольт, дуже близько до типового потенціалу насичення аркуша даних. Це невелике падіння знижує напругу на навантаженні приблизно до 97,64 вольт. Це перевіряється курсором #1, який показує струм 9.765 ампер. Крім того, хоча з цієї ділянки неможливо визначити таймінги країв з великою точністю, асиметрія між підйомом і падінням очевидна, а ребра, як правило, узгоджуються з числовими значеннями з техпаспорта.

На малюнку\(\PageIndex{4}\): показаний результат множення сигналів струму і напруги. Ця нова форма хвилі представляє розсіювання потужності IGBT.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Форма хвилі потужності простого перемикача IGBT.

Слід сили показаний у фуксії, або пурпуровому, або кричущому фіолетово-рожевому, або що завгодно, що ви хочете, щоб назвати його. Крайові шипи домінують, але сила на державі очевидна, а також. Пам'ятайте, під час включеного стану навантаження розсіюється близько до 1000 Вт. Вікно виведення курсора показано окремо на малюнку\(\PageIndex{5}\). Розсіювання потужності у стані становить приблизно 23 Вт, що становить менше 2,5 відсотків потужності навантаження. На відміну від цього, крайові шипи максимуються приблизно на 250 Вт. Звичайно, тривалість часу дуже коротка, становить лише кілька відсотків періоду циклу, але її не можна ігнорувати.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Числові значення на курсорах форми сигналу для перемикача IGBT.