需要帮助理解和解释 IGBT 数据表

电器工程 发动机 当前的 场效应管 igbt 无刷直流电机
2022-01-30 12:55:13

在电机控制方面,我知道我们可以选择使用分立的 MOSFET 或 IGBT。此外,市场上也有一些产品将6个IGBT集成在一个封装中,例如GB25XF120K(这是另一个示例部分,来自英飞凌:FS75R06KE3

但是,我不知道如何将此解决方案与使用 6 个分立 MOSFET 进行比较和对比:

  • 开关速度
  • 功耗(静态;IGBT 等效 I 2  * R DS, on 是多少?)
  • 功耗(开关)
  • 冷却(为什么没有公布任何结到环境的热阻?)。
  • 栅极驱动电路

此外,我读过的所有关于该主题的资料都“推荐”用于高压(> 200V)的 IGBT,但它们并没有真正深入细节。所以我再次问这个问题,也许有点不同:为什么我不想将 IGBT 用于 - 例如 - 48V 无刷直流电机?

1个回答

对于带有 BLDC 电机的 48 V 设计,您需要使用 MOSFET。原因是低电压 (< 200 V) MOSFET 具有极低的导通电阻:R DS, on < 10 对于 V DS  = 100 V,您可以从至少三个不同的制造商处获得5 x 6 mm 2 SuperSO8 封装。您还可以获得 MOSFET 快速开关能力的额外好处。mΩ

当您想在高压下切换大电流时,IGBT 成为首选部件。它们的优势是相对于 MOSFET 的导通电阻 (R DS, on ),电压降 (V CE, sat )相当恒定让我们将负责静态功率损耗的各个器件的特性插入两个方程中以便更好地了解(静态意味着我们谈论的是始终开启的器件,稍后我们将考虑开关损耗)。

P损耗,IGBT  = I * V CE,sat

P损耗,MOSFET  = I 2  * R DS,开启

您可以看到,随着电流的增加,IGBT 中的损耗以线性方式上升,而 MOSFET 中的损耗以 2 的幂次方上升。在高电压 (>= 500 V) 和高电流 (可能 > 4...6 A) 下,V CE、sat或 R DS的常用参数告诉您,与 IGBT 相比,IGBT 的静态功率损耗更低到一个 MOSFET。

然后,您需要考虑开关速度:在开关事件期间,即在从设备的关闭状态到其开启状态的转换过程中,反之亦然,有一个短暂的时间,您的设备上有相当高的电压( V CE或 V DS),并且有电流流过器件。由于功率是电压乘以电流,这不是一件好事,您希望这段时间尽可能短。就其本质而言,MOSFET 的开关速度比 IGBT 快得多,并且平均开关损耗更低。在计算由开关损耗引起的平均功耗时,重要的是要查看特定应用的开关频率 - 即:您多久将设备置于它们不会完全开启的时间跨度(V CE或 V DS几乎为零)或关闭(电流几乎为零)。

总而言之,典型的数字是......

IGBT 会更好

  • 低于约 10 kHz 的开关频率
  • 电压高于 500...800 V
  • 平均电流高于 5...10 A

这些只是一些经验法则,将上述方程式与一些实际设备的真实参数结合使用以获得更好的感觉绝对是一个好主意。

注意:电机变频器的开关频率通常在 4...32 kHz 之间,而开关电源的开关频率设计为 > 100 kHz。更高的频率在开关电源中具有许多优势(更小的磁性,更小的纹波电流),而今天它们成为可能的主要原因是在 > 500 V 的功率 MOSFET 的可用性得到了很大改进。电机驱动器仍然使用 4.. .8 kHz 是因为这些电路通常必须处理更高的电流,并且您围绕相当慢的开关 IGBT 设计整个电路。

在我忘记之前:大约 1000 V 以上,MOSFET 根本不可用(几乎,或者......没有合理的成本;[编辑:] SiC 可能在 2013 年年中成为一个比较合理的选择)。因此,在需要 1200 V 类器件的电路中,您只需要主要使用 IGBT。