|
Поиск по сайту: |
|
По базе: |
 |
| Главная страница > Обзоры по типам > Транзисторы > Принципы работы мощных MOSFET и IGBT транзисторов | |||||||||
|
|
||||||||||||
Характеристики IGBT-модулейСтруктура IGBT модулей Напряжение пробоя коллектор-эмиттер VBR(CES) Напряжение пробоя коллектор-эмиттер, затвор-эмиттер закорочены (VGE=0) Параметры: ток запирания коллектора IС, температура корпуса Tcase = 25°С Пороговое напряжение затвор-эмиттер VGE(th) Напряжение затвор-эмиттер, при превышении которого потечет ток коллектора. Параметры: напряжение коллектор-эмиттер VCE=VGE, ток коллектора IС, температура корпуса Tcase = 25°С Ток отсечки коллектор-эмиттер ICES Запирающий ток между коллектором и эмиттером при закороченных затвор-эмиттер (VGE = 0) и напряжении коллектор-эмиттер VCE=VCES. Параметр: температура кристалла Tj = 25°С и 125°С Ток утечки затвор-эмиттер IGES Ток утечки между затвором и эиттером при закороченных коллектор-эмиттер (VCE = 0) и максимальном напряжении затвор-эмиттер VGE. Параметры: напряжение затвор-эмиттер VGE, температура корпуса Tcase = 25°С Напряжение насыщения коллектор-эмиттер VCEsat Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (падение напряжения на включенном IGBT) при определенном токе коллектора IC (при номинальном токе, см.п.2.3.3, или максимальном токе коллектора). Для PT-IGBT VCEsat будет падать пропорционально температуре в диапазоне номинальных токов, для NPT-IGBT, однако, будет расти пропорционально температуре. Параметры: напряжение затвор-эмиттер VGE, ток коллектора IС, температура корпуса Tcase = 25°С и 125°С. Для расчета потерь в открытом состоянии следующие параметры часто приводятся в справочных данных: VCE(TO) (постоянное пороговое напряжение коллектор-эмиттер) и rCE (наклон характеристики сопротивления в открытом состоянии) замещаемой прямой линии. VCEsat = f(IC) = VCE(TO) + rCE · IC Для расчета характеристика напряжения насыщения аппроксимирована диодной характеристикой. Характеристики прямой передачи gfs Коэффициент изменения напряжения затвор-эмиттер и тока коллектора при определенном токе стока IС. Параметры: напряжение коллектор-эмиттер VCE, ток коллектора IС (номинальный ток), температура корпуса Tcase = 25°С. Емкость кристалл-корпус ССНС Емкость между внутренними компонентами и основной пластиной корпуса или потенциалом теплоотвода. Параметр: температура корпуса Tcase = 25°С Входная емкость Сiss Емкость между затвором и эмиттером при закороченных коллектор-эмиттер для переменного тока и напряжении затвор и эмиттер VGE = 0. Параметры: напряжение коллектор-эмиттер, частота измерений f, температура корпуса Tcase = 25°С Выходная емкость Сoss Емкость между коллектором и эмиттером при закороченных затвор-эмиттер (VGE = 0) Параметры: напряжение коллектор-эмиттер, частота измерений f, температура корпуса Tcase = 25°С Обратная передаточная емкость (емкость Миллера) Сrss,Сmi Емкость между коллектором и затвором при закороченных коллектор-эмиттер на переменном токе и напряжении затвор и эмиттер VGE = 0. Для измерения эмиттер должен подключаться экранированным к измерительному мосту. Параметры: напряжение коллектор-эмиттер, частота измерений f, температура корпуса Tcase = 25°С Паразитная индуктивность коллектор-эмиттер LCE Индуктивность между коллектором и эмиттером Времена переключения Более применимы на практике, чем в MOSFET, времена переключения в справочных данных на IGBT определены измерительной цепью с активной нагрузкой в соответствии с рис.2.9а. Постоянная времени нагрузки L/R велика, по сравнению с длительностью коммутации T = 1/f, так что в индуктивной нагрузке возникает продолжительный нагрузочный ток. Как и в MOSFET, времена коммутации IGBT определяется по характеристике затвор-эмиттер при включении и выключении, см рис.2.9b.
Время переключения и реальные характеристики тока и напряжения определяются внутренними емкостями, индуктивностями и сопротивлениями цепей затвора и стока; по этой причине, все данные и характеристики в техническом описании могут служить только ориентиром. Следующие параметры приведены по отношению к времени переключения: цепь измерения, напряжение питания коллектор-эмиттер VCC, напряжение управления затвор-эмиттер VGG+, VGG-, ток коллектора IC, внешние последовательные сопротивления затвора RGon, RGoff (сопротивление цепи управления при включении и выключении), температура корпуса Tcase = 25°С. Время задержки включения td(on) Как уже упоминалось, общий прямой ток в открытом состоянии IGBT перед включением проходит через индуктивную нагрузку. После быстрого включения положительного напряжения затвор-эмиттер VGE, напряжение затвор-эмиттер начнет возрастать с постоянной времени, которая определяется входной емкостью и сопротивлением затвора. Как только достигается пороговое напряжение VGE(th), начнет возрастать ток коллектора IC. Время задержки включения td(on) определяется как временной интервал между моментами, когда напряжение затвор-эмиттер достигает 10 % от максимального значения, и когда ток коллектора IC возрастет до 10 % от тока нагрузки. Время нарастания tr Время нарастания tr определяется временным интервалом, следующим за временем задержки включения, когда ток коллектора IC возрастет с 10 % до 90 % от тока нагрузки. Основная часть потерь при включении возникает в IGBT в этот временной период, так как определенная доля IL продолжает течь через обратный диод пока значение IC ниже тока нагрузки. Поэтому напряжение коллектор-эмиттер не будет падать значительно ниже напряжения питания коллектор-эмиттер VCC. Различие между VCC и VCE, показанное на рис.2.9b в течение времени tr, в основном определяется переходным падением напряжения на внутренней паразитной индуктивности цепи коммутации. Сумма задержки включения td(on) и времени нарастания tr называется временем включения ton. Пока напряжение коллектор-эмиттер не достигло своего значения в открытом состоянии VCEsat по окончании ton, большая часть потерь возникнет по окончании ton. Выброс тока включения: после того, как через IGBT потечет весь ток нагрузки IL, обратный диод закроется, в то же время рассеиваю свой накопленный заряд Qrr. Поэтому ток коллектора IGBT будет расти во время обратного восстановления диода (trr) до значения, пока импульсный ток восстановления IRPM не превысит IL (выброс тока включения, см.рис.2.10).
Напряжение динамического насыщения: после резкого падения при включении, напряжение коллектор-эмиттер будет снижаться относительно медленно (в пределах мкс) к своему постоянному значению VCEsat. Эта «фаза динамического насыщения» необходима для наполнения широкой n--зоны IGBT неосновными (биполярными) носителями (модуляция проводимости). Время задержки выключения td(off) После выключения положительного управляющего напряжения и включения отрицательного управляющего напряжения затвор-эмиттер, напряжение затвор-эмиттер VGE начнет падать с постоянной времени, которая определяется входной емкостью и сопротивлением затвора IGBT. Напряжение коллектор-эмиттер начнет возрастать. Ток коллектора в это время не может значительно упасть, так как обратный диод работает в обратном направлении пока VCC больше чем VCE и, следовательно, не может пропускать ток нагрузки. Благодаря этому, время задержки выключения td(off) определяется как временной интервал между моментами, когда напряжение затвор-эмиттер снизится до 90 % от значения во включенном состоянии, и когда ток коллектора упадет до 90 % от тока нагрузки. Время спада tf Пока напряжение коллектор-эмиттер превышает напряжение VCC при выключении IGBT, ток нагрузки может коммутировать обратный диод, который открыт в это время, и ток коллектора будет падать. Время спада tf определяется временным интервалом, когда ток коллектора будет падать с 90 % до 10 % от тока нагрузки. Выброс VCE над VCC, показанный на рис.2.11, возникает из-за паразитных индуктивностей цепей коммутации и растет пропорционально скорости выключения diC/dt IGBT. Сумма задержки выключения td(off) и времени спада tf называется временем выключения toff. Пока ток коллектора не снизился до значения отсечки по окончании toff, но все еще составляет 10 % тока нагрузки, потери по окончании toff будут все еще превышать потери в закрытом состоянии.
Рассеивание энергии при включении Eon; рассеивание энергии при выключении Eoff за один цикл Типичные значения Eon и Eoff для IGBT показаны на диаграмме «энергия включения/выключения» в зависимости от тока коллектора в справочных данных. Рассеиваемую мощность при коммутации можно рассчитать при умножении частоты коммутации f на Eon или Eoff, соответственно: Pon = f · Eon или Poff = f · Eoff. Рассеиваемая энергия при включении Eon обобщает эффекты выброса тока в обратном диоде, который интегрирован в силовом модуле. Рассеиваемую энергия при включении можно определить как состоящую из рассеиваемой мощности при включении Pon до момента, когда VCE составит приблизительно 3 % от напряжения питания коллектор-эмиттер VCC. Кроме потерь мощности при активном времени выключения toff = td(off) + tf, рассеиваемая энергия выключения также состоит из потерь на ток «хвоста» во время tt, до момента, когда коллекторный ток упадет ниже 1 % тока нагрузки. Параметр: рабочее напряжение, температура кристалла Tj = 125°С, управляющие напряжения, последовательные сопротивления затвора. Внутреннее тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc IGBT Тепловое сопротивление Rthjc описывает распространение тепла между кристаллами IGBT (индекс j) и корпусом модуля (индекс с). Оно характеризует статическое распространение тепла системы IGBT внутри модуля (чаще с параллельными кристаллами) и зависит от размеров кристалла и конструкции модуля. Разность температур DTjc между температурой кристалла Tj и корпуса Tcase при постоянной рассеиваемой мощности Р определяется как: DTjc = Tj - Tcase = P · Rthjc. Тепловое сопротивление контакта корпус-теплоотвод Rthch IGBT модуля Тепловое сопротивление Rthch описывает распространение тепла между корпусом модуля (индекс с) и теплоотводом (индекс h). Оно характеризует статическое распространение тепла IGBT модуля (чаще с несколькими IGBT ключами) и зависит от размеров модуля, теплоотвода и поверхности корпуса, толщины и параметров термослоя (паста, фольга, прокладки) между модулем и теплоотводом, а также от силы прижимания крепежными винтами. Разность температур DTch между температурой корпуса Tcase и теплоотвода Th при постоянной общей единичной рассеиваемой мощности Рn внутри модуля определяется как: DTch = Tcase - Th = Pn · Rthch. Раздельное нахождение Rthjc и Rthch не возможно для модулей без основной пластины. Для таких модулей Rthjh показан на IGBT и на модуль. Разность температур можно рассчитать аналогично. Механические данные Кроме типа конструкции модуля, приведенные механические данные обычно отображают: Момент вращения М1 крепежных винтов (минимальное и максимальное значения) в Нм или фунт.дюйм; Момент вращения М2 выводов (минимальное и максимальное значения) в Нм или фунт.дюйм; Масса w модуля в г; Допустимое ускорение при вибрации в м · с-2. Обратные диоды Прямое напряжение обратного диода (обратное напряжение эмиттер-коллектор) VEC, VF Обратное напряжение эмиттер-коллектор падает при закороченных затвор-эмиттер. VSD описывает прямую характеристику паразитного обратного диода, которые не параллельны IGBT. Параметры: прямой ток IF, температура корпуса Tcase = 25°С Пороговое напряжение обратного диода V(T0) Крутизна характеристики прямого сопротивления обратного диода rT С помощью порогового напряжения и крутизны характеристики прямого сопротивления можно получить упрощенную аппроксимацию прямой характеристики. Пороговое напряжение показывает точку пересечения с осью напряжений, крутизна характеристики прямого сопротивления определяет скорость нарастания характеристики. Время восстановления обратного диода trr Время восстановления внутреннего IGBT обратного диода, когда большой ток коллектора -IС = IF коммутируется с большой diF/dt и высоким обратным напряжением VR = VСС. Примечание: trr очень сильно зависит от температуры (обычно значение удваивается между 25°С и 150°С). Параметры: прямой ток IF, обратное напряжение VR, скорость снижения прямого тока - diF/dt, температура кристалла Tj = 25°С и 150°С. Восстанавливаемый заряд обратного диода Qrr Восстанавливаемый заряд внутреннего IGBT обратного диода, когда большой ток коллектора -IС = IF коммутируется с большой diF/dt и высоким обратным напряжением VR = VСС. Примечание: Qrr очень сильно зависит от температуры (значение удваивается или иногда может вырасти в восемь раз больше между 25°С и 150°С). Параметры: прямой ток IF, обратное напряжение VR, скорость снижения прямого тока diF/dt, температура кристалла Tj = 25°С и 150°С. Внутреннее тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc диода Тепловое сопротивление Rthjc описывает распространение тепла между кристаллами диода (индекс j) и корпусом модуля (индекс с).
 Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи |
||||||||||||
