Igbt или mosfet что лучше: Что выбрать: MOSFET или IGBT -инвертор?

MOSFET или IGBT?

Сначала рассмотрим различия в целом. В настоящий момент все производители инверторов (ММА) выпускаются по двум полупроводниковым технологиям IGBT и MOSFET. Не буду вдаваться в подробности, скажу только то, что в схемотехнике этих аппаратов используются разные полупроводниковые транзисторы IGBT и MOSFET. Основое различие между этими транзисторами — различный ток коммутации. Большим током обладают транзисторы IGBT.

Для изготовления стандартного инвертора понадобится 2–4 IGBT транзистора (в зависимости от рабочего цикла), a MOSFET — 10–12, т. к. они не могут пропускать через себя большие токи, поэтому их приходится делить на такое большое количество транзисторов. Вот собственно в чем и отличие.

Тонкость в том, что транзисторы очень сильно греются и их необходимо установить на мощные алюминиевые радиаторы. Чем больше радиатор, тем больше съем тепла с него, а, следовательно, его охлаждающая способность. Чем больше транзисторов, тем больше радиаторов охлаждения необходимо установить, следовательно, увеличиваются габариты, вес и т. д. MOSFET здесь однозначно проигрывает.

На практике схемотехника MOSFET не позволяет создать аппарат на одной плате: т.е аппараты, которые сейчас есть в продаже, собраны в основном на трех платах. IGBT аппараты всегда идут на одной плате.

Основные недостатки MOSFET

  • соединение трех плат;
  • худший теплообмен;
  • каскадный выход транзисторов из строя при неисправности одного транзистора;
  • меньший КПД (относительно IGBT).

Проще говоря, IGBT более современная технология, чем MOSFET.


Недостатки MOSFET


Что лучше MOSFET или IGBT?

Некоторые компании идут в ногу со временем и при производстве сварочных инверторов используют IGBT транзисторы американской фирмы «Fairchaild», частота переключения которых составляет 50 кГц, т. е. 50000 раз в секунду. IGBT технологию выбрали неспроста, ведь рабочий диапазон температур у них с сохранением параметров гораздо больше, чем у MOSFET, т. е. при нагреве у MOSFETa падают качественные характеристики.

В конструкции САИ (Ресанта) используется одна маленькая плата, которая устанавливается вертикально, а также 4 IGBT транзистора (работают обособленно друг от друга, т. е. не выгорают все, если выгорел один как у MOSFET) и 6 диодов-выпрямителей (а не 12 как у MOSFET), соответственно отказоустойчивость ниже. Это ещё один «плюс» IGBT.

Можно напомнить покупателю о том, что в современных сварочных инверторов используется только 4 обособленных транзистора, а не 12 каскаднозависимых как у MOSFET. Всякое в жизни бывает, но, чтобы не произошло в случае выхода из строя одного транзистора (если не гарантийный случай), замена покупателю обойдется где-то в районе 400 р., а не 12×110 р. = 1320 р. Думаю, что разница приличная.

Как отличить: Визуально аппараты IGBT в большинстве своём отличаются от MOSFET вертикальным расположением силовых разъёмов, т. к. плата одна и обычно устанавливается вертикально. У MOSFET аппаратов выходы обычно расположены горизонтально, т. к. платы в конструкции горизонтально закреплены. Нельзя точно утверждать, что это верно на 100%. Точнее можно сказать, сняв кожух с аппарата.

Многие компании пытаются «выиграть баллы» на транзисторах. Так, например, компания «Aiken» в настоящий момент выпустила на рынок аппараты (по технологии MOSFET) с наклейками на боковых панелях «Используются транзисторы TOSHIBA» а также «Используются транзисторы Mitsubishi». Пытаются выползти на громких и знакомых брендах. На практике это не подтвердилось. Так на крупнейшей Международной инструментальной выставке России Moscow International Tool Expo (MITEX-2011), которая проходила в ноябре 2011г. в «Экспоцентре» (г. Москва), я попросил представителей стенда данной компании разобрать их САИ с наклейкой «Используются транзисторы Mitsubishi» и продемонстрировать данные транзисторы. В итоге сварочные инверторы разобрали, но данных транзисторов не обнаружили. Сами сотрудники компании «Aiken» были в шоке, обнаружив безымянные транзисторы.

Что выбрать: MOSFET или IGBT -инвертор?

Не нужно на 100% разбираться в премудростях электротехники, чтобы высказать мнение по теме. Заголовок «MOSFET или IGBT?» напоминает старое соревнование форматов: VHS или DVD? Кто же победит? И пусть скажут, сравнение не корректное. Но, DVD формат великолепный, качество звука и изображения замечательные, а мы все так привыкли к старому доброму VHS…

Для тех, кто не понимает о чем идет речь, поясним. На сегодняшний день существует две технологии изготовления сварочных инверторов,

  • первая основана на базе полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) и пользуется успехом на правах «старого, работающего и проверенного варианта»
  • вторая — на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Это инновационная технология, новое поколение и тому подобное.

Возникает закономерный вопрос: что же выбрать старое, проверенное временем, или относительно новое, но более технологичное?

Попробуем привести пару доводов и, как говорится, ближе к «телу»…

Что не говори, а IGBT занимают меньший объем и при этом позволяют получить более высокую силу тока на выходе, они меньше нагреваются. Разве это не аргумент в пользу IGBT? Возражения же заключаются в том, что схемы IGBT покамест не идеально продуманы и т.д., разработчикам не было времени на это и они звучат «натянуто».

Конечно, если покупать инвертор для бытовой сварки, то не так уж важно, какие у него транзисторы внутри. Вообще не важно, что внутри. Главное, чтобы электрод поджигался нормально, дуга не прыгала туда-сюда, чтобы электрод не залипал. Так же, желательно, чтобы инвертор работал при пониженном напряжении в сети, не боялся забросов напряжения, чтобы желтая лампа перегрева редко зажигалась.

Если речь идет о небольших объемах бытовых работ, то практически любой инвертор в этом станет вашим надежным другом и товарищем, та же Ресанта или Сварог, или Фубаг, или отечественный Форсаж и т.д. и т.п.

Но что, если нужен профессиональный аппарат, когда варить придется целый день. Наше мнение, здесь лучше IGBT. Почему? Возьмем для примера сварочный аппарат РICO 180— это же прелесть, а не сварочник! Приведем в качестве примера его систему охлаждения. Она интеллектуальная и включается только тогда, когда транзисторы нагреваются. А в РICO даже после 15 и более минут сварки на небольших токах вентилятор не шелохнется. Это значит, что схемы холодные, корпус аппарата холодный. И все это IGBT, они греются менее интенсивно, чем MOSFET и на более высоких токах. Ну и что мне с этого, скажете Вы? Очень просто. Чем меньше работает вентилятор, тем лучше! Особенно если Вы работаете в запыленных помещениях. Основной враг инвертора — это пыль. Она является основной причиной досрочного выхода инверторов из строя. Соответственно, чем меньше пыли затягивается в сварочный аппарат, тем лучше! А это значит, чем дольше не включаются кулеры, тем лучше! Получить это можно только с

IGBT.

Несомненный плюс так же состоит в том, что достигается высокая мощность при еще более малом весе. Каждый грамм играет роль, если приходится целый день носить инвертор на плече.

Минус в свое время был в дороговизне ремонта IGBT  и невозможности подчас найти запчасти. Но время идет, техника совершенствуется, а то, что было раньше дорогим и недоступным, становится обыденным и легкозаменяемым! Так что наше мнение, будущее за новыми технологиями. А Вы как думаете? Стоит с этим согласиться?

Сегодня уже ни для кого не секрет кто выиграл в битве «VHS или DVD».

 

MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Когда дело доходит до импульсных преобразователей, оба типа транзисторов имеют свои преимущества и недостатки. Но какой из них лучше для данного устройства? В этой статье сравним MOSFET с модулями IGBT чтобы понять, что и где лучше ставить. 

Предполагается что в схемах с низким напряжением, низким током, но высокой частотой переключения, предпочтительно использовать полевые транзисторы (MOSFET), а в схемах с высоким напряжением, высоким током, но с низкой частотой — лучше IGBT. Но достаточно ли такой общей классификации? У каждого есть свои дополнительные предпочтения в этом отношении и правда в том, что не существует общего, жесткого стандарта, который позволял бы оценивать параметры данного элемента с точки зрения его использования в импульсных преобразователях. Все зависит от конкретного применения и широкого спектра факторов, таких как частота переключения, размер, стоимость и т. д. Поэтому, вместо того чтобы пытаться решить какой элемент лучше, нужно внимательно изучить различия между этими деталями. 

Кратко о MOSFET

MOSFET — это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком. 

Для правильной работы МОП-транзисторы должны поддерживать положительный температурный коэффициент. Потери во включенном состоянии малы и теоретически сопротивление транзистора в этом состоянии не ограничено — может быть близко к нулю. Кроме того, поскольку МОП-транзисторы могут работать на высоких частотах, они могут работать в устройствах с быстрым переключением и с низкими потерями на переключение.

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем. По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества — более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими). Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером. 

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором, как в транзисторе MOSFET, с сильноточным характером биполярного транзистора с низким напряжением насыщения. Это достигается с помощью изолированного полевого транзистора для управляющего входа и биполярного силового транзистора в качестве сильноточного ключа. 

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах — электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое. 

Сравнение IGBT с MOSFET

Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей. Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении. Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении. 

MOSFET может переключаться на более высоких частотах, однако есть два ограничения: время переноса электронов в области дрейфа и время, необходимое для зарядки / разрядки входного затвора и его емкости. Тем не менее эти транзисторы, как правило, достигают более высокой частоты переключения, чем модули IGBT.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы. 

 

МОП-транзистор: 

  • Высокая частота переключения.
  • Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера. 
  • Более низкая емкость затвора.
  • Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
  • Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль: 

  • Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
  • Лучшая устойчивость к перегрузкам.
  • Улучшенная способность распараллеливания схемы.
  • Более быстрое и плавное включение и выключение.
  • Снижение потерь при включении и при переключении.
  • Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.

   Форум по теории электроники

   Обсудить статью MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT


ТОРУС 255 замена MOSFET на IGBT — Ремонт и модернизация

dimmar, не вижу ни чего криминального. 

1. новые транзисторы проверить. Если остаются старые, то тестером они должны иметь идентичные параметры при прозвонке. Любые сопротивления или отсутствия должны быть в одном не только пределе но и очень близкие по параметрам. 

2. Выпаянные места, проверить на наличие дефектных мест. В плане того, что могут быть оторвавшиеся дорожки или повреждения межслойных пистонов. Следовательно, по мере возможности устранить или продублировать проводами. Но в таком случае, провода должны идти по соответствующим дорожкам, чтобы не получить разную длину проводника. 

3. взять осциллограф и посмотреть управляющий сигнал на каждом транзисторе. Конечно для удобства, транзисторов не должно быть. А так же нельзя допустить, чтобы затвор висел в воздухе. 

 

При выполнении всех условий, что все соответствует и все должно быть как надо, только после этого можно пробовать в работе источник, т.е. впаивать транзисторы и проверять в работе. Когда транзисторы все на месте, то еще раз проверить контакт всех дорожек и всех ножек транзисторов. Любой затвор повисший в воздухе, будет практически гарантом — взрыва. А так же отклонение управляющего сигнала он нормы, будет так же причиной взрыва. Сильное отклонение транзисторов по своим параметрам, может так же привести к взрыву новоустановленных или старых но вроде бы работающих транзисторов. 

Проверка тестером, если есть малейшее подозрение — однозначное выкидывание транзистора. Были случаи когда при первичной проверке, транзистор показывал КЗ, но повторный замер, вроде бы как живой. Вот такие ставить нельзя. Если тестером. Если городить стенд, то тут опыта нет, надо смотреть. Бывало, что не работающий транзистор в схеме, после проверки даже без выпаивания, его запускал и он работал.  

 

Еще, видел в интернете, у людей, контактные площадки для охлаждения не имели контакта с радиатором, т.е. часть корпуса изолятора выступала и не позволяла транзистору иметь контакт с радиатором. 

 

IRFP360 по даташиту, не имеет другого корпусного исполнения. Поэтому я не думаю, что это подделка. По ногам транзистора перед его пайкой, если он новый, можно посмотреть его на качество исполнения. Но даже совсем подозрительные и те ни когда не подводили, если в целом прозванивались как положено. А вот управляющий сигнал, его искажение хотя бы на одном транзисторе, приводило к взрыву. В начале карьеры, не один транзистор таким образом был угроблен. Без осциллографа, вероятность починки 50\50. Каждый канал транзистора нужно подробно проверить тестером, а иногда выпаивать, а иногда только заменой на новую деталь. Осциллограф сокращает время на поиск проблемы но и то не всегда. А тестером в некоторых случая, можно вечность искать проблему.   


Оригинальные силовые биполярные IGBT транзисторы из Китая и немного о ремонте

Обзор специфичный, но наверняка кому-то будет полезен. Будет много технической информации, прошу понять и простить.

Длинная, но полезная предыстория

Иногда мне попадается на ремонт различная силовая электроника, например сварочные инверторы, преобразователи напряжения и частоты, приводы, блоки питания и т.п. Их ремонт часто связан с заменой различных силовых элементов (мосты, конденсаторы, реле, транзисторы MOSFET и IGBT). В магазинах чип и дип, компел, платан, элитан их купить в принципе не проблема, но оригинальные элементы стоят очень недёшево и с учётом доставки вызывают грусть-печаль…
В заначке у меня лежит немного разных силовых элементов для быстрого ремонта всячины, но когда требуется 8 одинаковых транзисторов, дело немного осложняется…

Есть 3 основные причины поломки такой техники:
1. Неправильная эксплуатация самим пользователем — это основная причина поломки аппаратов.
Существует куча способов убить исправный аппарат, перечислять их можно бесконечно…
2. Косяки производителя — некачественные элементы и сборка. В данном случае иногда помогает гарантия (но далеко не всегда).
3. Естественный износ — происходит, если аппаратом пользоваться очень аккуратно или редко за длительный период времени. Как правило, до естественного износа аппараты не доживают 🙁

На этот раз в ремонт попал сварочный инвертор Сварог ARC205 (Jasic J96) после неудачного ремонта в мастерской. Изначальная причина выхода их строя была №2 и затем аппарат добили в мастерской Очень часто после таких «ремонтов» аппараты восстановлению уже не подлежат, т.к. отсутствуют крепёжные элементы и появляются дополнительные механические и электрические повреждения. Так и в этот раз — половина крепежа утеряна, не хватает прижимных планок, транзисторы стоят все пробитые и разные, причём которые в принципе тут работать не могли. Первопричиной неисправности явился конструктивный недостаток этого инвертора — плата управления своими элементами касалась металлической рамы. Это и привело к сбою работы управляющей схемы и выходу из строя IGBT транзисторов, а затем драйвера и схемы плавного пуска. Ремонт получался либо быстро и дорого, либо приемлемо но долго, поэтому хозяин аппарата решил его не восстанавливать и просто отдал на запчасти. Такое часто бывает… Если-бы ремонт сразу проводил нормальный мастер, проблем с восстановлением было-бы заметно меньше.
Фото внутренностей сварочника в исходном виде я не делал, т.к. писать этот обзор не планировал.
Т.к. этот сварочник более-менее приличный, решил его неспешно восстановить для себя 🙂

О подборе

При замене транзисторов, вовсе не обязательно ставить точно такие-же, как стояли с завода. Кроме того, зачастую родные транзисторы стоят не лучшего качества, ибо китайский производитель также пытается сэкономить иногда в ущерб надёжности работы. В интернете мало информации по принципам подбора аналогов, поэтому напишу из собственного опыта.
Основными критериями при подборе IGBT транзистора в сварочный инвертор являются:
1. Наличие встроенного диода. Обычно он необходим всегда, кроме схемы подключения «косой полумост», где его наличие непринципиально.
2. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер. В бытовых сварочниках на 220В почти всегда, за редким исключением, стоят транзисторы на 600-650 вольт. Туда можно ставить только транзисторы на 600 (650) вольт. Транзисторы на 900 и 1200 вольт ставить нельзя — они будут перегреваться за счёт повышенного падения напряжения, к тому-же и стоят они дороже.
3. Максимальный ток коллектора. Обычно используют транзисторы на 30А, 40А или 60А (при температуре 100°C). На ток при температуре 25гр внимание не обращаем ибо важен именно реальный рабочий режим.
4. Входная ёмкость затвора. Желательно, чтобы ёмкость была не более, чем у родных транзисторов, чтобы не перегружать драйвер и не затягивать фронты импульсов.
5. Время включения и особенно отключения. Должно быть не более, чем у родных, чтобы не греть транзисторы коммутационными потерями.
6. Напряжение насыщения. Должно быть не более, чем у родных транзисторов, чтобы не греть транзисторы омическими потерями.
7. Если транзисторы стоят на изоляционных прокладках, на максимальную мощность внимания можно вообще не обращать — всё равно термопрокладка не позволит передать радиатору более 50Вт рассеиваемой мощности. Если транзисторы установлены на отдельные изолированные радиаторы, на мощность уже следует смотреть, т.к. при этом из транзисторов выжимается максимум мощности (там их часто ставят в уменьшенном количестве 2 шт в полумост или 4шт в мост).
Для MOSFET критерии подбора немного другие, но общий принцип тот-же.
— Встроенный диод имеется всегда т.к. он автоматически получается в технологическом процессе производства
— Время включения и отключения не имеет большого значения, т.к. оно заведомо меньше требуемого (мосфеты весьма шустрые элементы)
— Вместо напряжения насыщения огромное значение имеет сопротивление открытого канала — чем оно меньше, тем будут меньше омическиие потери

О качестве

Под видом оригинальных, китайский продавец может прислать элементы сильно разного качества — неисправные, перемаркированные, либо восстановленные. На странице заказа фото товара можно не смотреть — показать могут и оригинал, а прислать не то.
Заказывая товар недорого у непроверенного продавца, Вам наверняка пришлют товар низкого качества, даже не сомневайтесь. Этот вариант для меня совершенно неприемлем, ибо нужны гарантированно качественные новые элементы.
Основные категории данного товара:
1. Неисправные — пустышки без кристалла, либо пробитые. Работать естественно не могут никак.
2. Восстановленные бывшие в употреблении — имеют кривые короткие либо кустарно наваренные выводы, которые ломаются при попытке их согнуть. Как правило, работают нормально, но у них есть неприятная особенность — их параметры довольно сильно гуляют у каждого экземпляра, что иногда неприемлемо.
3. Перемаркированные — берут транзистор меньшей мощности, спиливают или затирают маркировку и наносят новую для покупателя. Иногда уже при изготовлении берут кристалл от маломощного транзистора (для TO-220) и помещают его в корпус TO-3PN, TO-247. Такие элементы зачастую работают, но как правило недолго, иногда всего несколько секунд…
4. Оригинальные — тут всё понятно без комментариев 🙂


Представляю на обзор оригинальные биполярные IGBT транзисторы FGA40N65SMD от ON Semiconductor (Fairchild Semiconductor)
www.onsemi.com/products/discretes-drivers/igbts/fga40n65smd
www.onsemi.com/pub/Collateral/FGA40N65SMD-D.pdf
Почему я выбрал именно эти транзисторы? Да приглянулись они мне 🙂 Мог с тем-же успехом заказать для ремонта например FGh50N60SMD и кучу других аналогичных по параметрам.
Почему именно 10шт, когда нужно всего 8шт? Да не продаются они по 8шт 🙂

Почтовый пакет


Посылку доставили неожиданно быстро — всего за 2 недели.
Продавец запаял транзисторы под вакуумом в антистатический пакет




Основные параметры из даташита:
Корпус TO-3PN
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер: 650В
Максимальный постоянный ток коллектора при 100°C: 40А
Максимальная рассеиваемая мощность при 100°C: 174Вт
Номинальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер: 1,9В
Номинальная входная ёмкость затвора при напряжении коллектор-эмиттер 30В: 1880пФ
Номинальное время включения / отключения: 12нс / 92нс
Транзисторы имеют встроенный обратный силовой диод, необходимый для работы в мостовом включении инвертора.
Остальные параметры большого значения не имеют.

В оригинальности транзисторов я нисколько не сомневаюсь, т.к. по опыту интуитивно их определяю.
Но для обзора сделал несколько измерений.
Ничего магнитного внутри естественно нет.
Толщина выводов и корпуса соответствуют норме

Остальные размеры также в норме

Напряжение насыщения коллектор — эмиттер при токе 10А и напряжении на затворе 10В составило 1,36В — норма

Транзисторы в партии имеют очень небольшую разницу емкостей затвор — эмиттер 2726 — 2731пФ (измерено E7-22 при не подключенном выводе коллектора). Стабильность — это косвенный показатель качества.

Небольшое замечание — некоторые пытаются определять оригинальность транзистора по ёмкости затвора. Да, это в какой-то степени возможно, но только если измерять правильно и при этом правильно анализировать результаты.
Так вот, измерять ёмкость затвора надо именно на переменном токе при конкретном напряжении коллектор-эмиттер, причём нулевое напряжение не означает висящий в воздухе коллектор.

Измеренная ёмкость затвор-эмиттер сильно зависит от измерительного прибора, что не удивительно для нелинейного элемента.
Например, один и тот-же транзистор показывает входную ёмкость 2726пФ на положительной полярности и 3381пФ на отрицательной полярности прибором UT71E, 2660пФ и 2750пФ в зависимости от полярности тестером элементов MG328 VanVell ELC, 2860 пФ в обе стороны прибором E7-22

Ёмкость затвор — эмиттер при разном напряжении эмиттер-коллектор
Измерял E7-22 на 1кГц
0В — 3920пФ
1В — 3130пФ
2В — 2750пф
3В — 2570пФ
5В — 2380пФ
10В — 2200пФ
20В — 2000пФ
30В — 1830пФ

Для сравнения, измерил ёмкость затвор-эмиттер некоторых других оригинальных IGBT.
FGh50N60SMD — 2860пФ
FGH60N60SMD — 4410пФ
HGTG40N60A4 — 2270пФ

Взвешивать, поджигать, грызть и ломать транзисторы я не стал ибо в данном случае это не имеет никакого практического смысла.
Если интересно, что внутри сгоревших транзисторов, то вот два из них HGTG30N60A4 (слева и в центре) и FGh50N60SFD (родной)

HGTG30N60A4 вообще без диода и в принципе не мог нормально работать в этой сварке 🙁

Немного о ремонте

После разборки, аппарат очистил от грязи и пыли, провёл первичную диагностику, выпаял все неисправные элементы, подобрал им замену. Доступная схема аппарата неплохо помогает ремонту. Проверил состояние термопрокладок на пробой и повреждения. Восстановил цепь заряда конденсаторов, восстановил драйвер. Перепаял на другую сторону проблемный конденсатор на плате управления (который касался рамки)

Проверил осциллографом форму импульсов с драйверов на затворы транзисторов (которые ещё не впаяны).

Смазал прокладку термопастой КПТ-8, прилепил её на место, смазал транзисторы ей-же, вставил их на место, прикрутил к радиатору и только потом запаял. Очистил плату от флюса, всё ещё раз проверил.




Отдельно подал питание на систему управления и ещё раз проверил форму импульсов на затворах транзисторов (они пока без силового питания). Если всё в норме — подключаем сварочник в сеть через ЛАТР и лампу накаливания 100Вт или 95Вт. Это позволяет вовремя и безопасно диагностировать дополнительные проблемы в работе устройства. Прямое включение сварочника после ремонта иногда приводит к неприятностям. Плавно увеличиваю входное напряжение до запуска аппарата. Проверяю, что реле сработало, вентилятор крутится, на выходе появилось напряжение и лампа при этом не горит. При плавном повышении напряжения до полного сетевого, лампа не должна загораться. Если всё прошло нормально, устанавливаю крышку на место и включаю сварочник в сеть. Проверять его на электрод пока нельзя, т.к. необходимо убедиться в нормальной работе ограничения тока. При её неисправности, сварочник тут-же сгорит при касании электродом свариваемой детали. Для проверки работы токоограничения, необходим балласт и токовые клещи на постоянный ток или шунт ампер на 200. Я в качестве балласта использую толстую нихромовую спираль сопротивлением около 0,15 Ом.

Убедившись, что ток в замкнутой цепи регулируется в нужных пределах, можно приступать к тестовой сварке на токах от минимума до максимума.
В данной сварке ток нормально регулировался от 25А до 195А
Т.к. штатный ремень неудобен для оперативной переноски, на корпус была приклёпана дверная ручка 🙂

Более подробную информацию о ремонтах сварочников можно легко найти в интернете (например от Измаил инвертор)

Вывод: при желании, в Китае вполне возможно купить качественные оригинальные комплектующие. Покупайте в проверенных магазинах и Вам не придётся изучать, чем подделка отличается от оригинала. Магазин могу смело рекомендовать, теперь с них должок за рекламу 🙂
p.s. сварочные провода из этого обзора я делал для этого сварочника.
p.p.s. судя по комментариям, когда я товар ругаю, нахожу поддержку аудитории, но когда нормальный товар начинаю хвалить — сразу идут необоснованные обвинения во всех грехах. Это похоже местная традиция…

Разница между биполярным транзистором IGBT с изолированным затвором и полевым МОП-транзистором

MOSFET Vs IGBT MOSFET Vs IGBT

МОП-транзистор по сравнению с IGBT

В современном мире существует большое количество полупроводниковых, импульсных транзисторов питания для выполнения операций переключения в силовых электронных системах. Все они имеют свои собственные характеристики с точки зрения тока, напряжения, скорости переключения, нагрузки, схемы драйвера и температуры. У каждого есть свои ограничения и преимущества, но его использование зависит от требований приложения.

В большинстве коммутационных приложений металл-оксидно-полупроводниковые транзисторы с полевым эффектом (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) преобладают над другими переключающими устройствами из-за их превосходных характеристик. Эти приложения включают в себя источники бесперебойного питания (ИБП), солнечные инверторы и преобразователи, различные системы драйверов двигателей, приложения, основанные на методе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), импульсные источники питания (SMPS) и т. Д.

Давайте посмотрим на основные различия, которые делают эти коммутационные устройства подходят для соответствующих приложений.В этом отношении уместно описание следующих двух переключающих устройств.

Высоковольтный силовой полевой МОП-транзистор

Power MOSFET Power MOSFET

Силовой МОП-транзистор

МОП-транзистор — это наиболее часто используемое переключающее устройство, которое представляет собой силовое устройство, управляемое напряжением, в отличие от БЮТ, который представляет собой устройство с регулируемым током. MOSFET — это слаботочное, низковольтное и высокочастотное коммутационное устройство. Он состоит из трех выводов: затвора, стока и истока. Он поставляется с двумя разными режимами: режимами улучшения и истощения, и полевые МОП-транзисторы могут быть P-канальными или N-канальными.МОП-транзисторы различаются в зависимости от уровня напряжения на клемме затвора.

В режиме истощения максимальная проводимость имеет место между истоком и стоком, если нет напряжения на выводе затвора, тогда как положительное или отрицательное напряжение на затворе снижает проводимость. В режиме улучшения полевой МОП-транзистор не проводит ток, если на клемме затвора нет напряжения, а если напряжение больше, имеет место проводимость.

Operation of N Channel Mosfet Operation of N Channel Mosfet

Если положительное напряжение больше порогового уровня, приложенного между затвором и истоком, то оно создает проводящий слой за счет накопления электронов.Этот слой формируется между оксидным слоем и слоем P-подложки путем отталкивания дырок от P-подложки и притяжения электронов в N-слое. С увеличением напряжения между затвором и истоком размер этого проводящего слоя увеличивается, что приводит к протеканию большего тока от истока к стоку. Таким образом, полевой МОП-транзистор переходит в режим проводимости за счет приложения напряжения между затвором и истоком.

МОП-транзистор

можно отключить, уменьшив напряжение затвор-исток ниже порогового уровня.Иногда для его запуска требуется ток BJT, хотя MOSFET является переключателем, управляемым напряжением. Он также имеет диод со стоком, который используется в приложениях с током свободного хода. Поскольку его сопротивление в открытом состоянии низкое, потери в открытом состоянии также ниже. МОП-транзисторы могут работать на высоких частотах и ​​низких напряжениях и идеально подходят для более быстрых операций переключения с низкими перепадами напряжения. Но их можно использовать только при более высоких рабочих напряжениях в диапазоне около 500 В.

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)

IGBT спроектирован путем объединения функций MOSFET и BJT в монолитной форме.Поскольку BJT имеют высокую пропускную способность по току, а управление MOSFET легко, IGBT предпочтительны для приложений средней и большой мощности. Это устройство с неосновным носителем заряда и имеет высокий входной импеданс.

Insulated Gate Bipolar Transistor Insulated Gate Bipolar Transistor

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Он имеет три вывода: эмиттер, коллектор и затвор. Затвор является управляющим выводом, тогда как выводы коллектора и эмиттера связаны для пути проводимости. IGBT — это четырехслойная структура P-N-P-N, такая же, как у тиристоров.На рисунке ниже показаны различные слои IGBT, в которых поток электронов через область дрейфа и канал втягивает больше дырок в область дрейфа по направлению к эмиттеру. Поскольку ток состоит из дырок и электронов, ток имеет биполярную природу.

IGBT Structure IGBT Structure

Структура IGBT

Подобно MOSFET, когда прикладывается положительное смещение затвора, он позволяет инвертировать P-базовую область под затвором и создает N-канал. В этом состоянии сопротивление n-слоя быстро уменьшается, когда положительные дырки инжектируются из p + -слоя в n-слой.Это заставляет IGBT обрабатывать больше токов, чем MOSFET, из-за более низких потерь проводимости. Для его выключения — отрицательное смещение на затворе или понижение напряжения затвора до порогового уровня отключает его из-за отсутствия инжекции дырок в N-область.

Разница между биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT) и силовыми полевыми МОП-транзисторами высокого напряжения

  1. MOSFET — это устройство с основным носителем, в котором проводимость осуществляется за счет потока электронов, тогда как IGBT представляет собой поток тока, включающий как электроны, так и дырки.Как обсуждалось выше, инжекция неосновных носителей (дырок) в область дрейфа значительно снижает напряжение на каскаде из-за модуляции проводимости. Это преимущество низкого падения напряжения в открытом состоянии по сравнению с MOSFET, который представляет собой меньший размер кристалла и менее дорогое устройство.
  2. IGBT состоит из выводов эмиттера, коллектора и затвора, тогда как полевой МОП-транзистор состоит из выводов истока, стока и затвора.
  3. IGBT используется преимущественно для приложений с более высоким напряжением, поскольку он униполярен и требует дополнительного диода свободного хода для обратного протекания тока.Из-за этого дополнительного диода на IGBT он дает очень высокую производительность по сравнению с MOSFET.
  4. Структуры MOSFET и IGBT выглядят очень похоже, за исключением P-подложки под N-подложкой. Благодаря этому дополнительному слою проводимость увеличивается за счет инжекции дырок, что также снижает напряжение в открытом состоянии, как обсуждалось выше.
  5. MOSFET
  6. рассчитан на напряжение около 600 вольт, тогда как IGBT рассчитан на диапазон напряжения около 1400 В. Следовательно, при высоких напряжениях ток становится низким, что в конечном итоге приводит к низким коммутационным потерям.
  7. IGBT предпочтительнее для низкой частоты (менее 20 кГц), высокого напряжения (более 1000 В), небольшой или узкой нагрузки или вариаций линии; низкий рабочий цикл, высокая рабочая температура; и приложения с номинальной выходной мощностью более 5 кВт; тогда как MOSFET предпочтительнее для широких нагрузок или вариаций линии, низкого напряжения (менее 250 В), больших рабочих циклов и высокочастотных (более 200 кГц) приложений.
  8. Типичные приложения IGBT включают источники бесперебойного питания (ИБП), маломощное освещение, приложения для управления двигателями и сварки, импульсные источники питания (SMPS), зарядку аккумуляторов и т. Д., но по сравнению с MOSFET в нескольких приложениях преобладает IGBT.
Difference between IGBT and MOSFET Difference between IGBT and MOSFET

Разница между IGBT и MOSFET

На приведенной выше диаграмме вы можете наблюдать некоторые сравнения IGBT и MOSFET на основе их модели с номинальными характеристиками. Следовательно, при выборе переключающих устройств, особенно IGBT и MOSFET, необходимо учитывать более крупные параметры для соответствующих приложений в области силовой электроники. Для любых прикладных проектов на этих устройствах вы можете связаться с нами, оставив комментарий ниже.

Фото:

.

IGBT против MOSFET: какое устройство выбрать?

1 IGBT против MOSFET: какое устройство выбрать? Renesas Electronics America Inc.

2 Портфель технологий и решений Renesas 2

3 Обеспечение «умного» общества Задача: задача «умного» общества — создать энергоэффективные решения для удовлетворения сегодняшних потребностей.Решение: Наше решение — показать вам, как выбрать наиболее подходящие микроконтроллеры, устройства питания и датчики для данного приложения 3

4 Дискретные и интегрированные источники питания 30–1500 В в процессах, оптимизированных для приложений Семейство низковольтных устройств, оптимизированных для светодиодной подсветки Qgd x Rds ( on) ЖК-дисплеи Отдельное семейство, оптимизированное для работы в чистом состоянии Rds (on) Полевые МОП-транзисторы с суперпереходом 600 В для дискретных устройств SMPS 300–1350 В Лучшие в классе потери при выключении Высокая скорость, защита от короткого замыкания и низкий Vce (on), оптимизированные с использованием тонких пластин Доступны несколько вариантов корпусов и вариант с голым кристаллом Широкий ассортимент корпусов и устройств SiC, Fast Recovery, SBD и другие SiC-диоды с барьером Шоттки для очень высоких скоростей переключения от 3 до 30 А, доступны детали на 600 В SBD, оптимизированный для высоких скоростей переключения, оптимизированный для максимальной эффективности И компактность Решения Dr MOS для пикового КПД> 93%, до 1.ИС с коррекцией коэффициента мощности 5 МГц для решений с пиковым КПД до 98% Наименьшие пакеты CSP для приложений POL, зарядных устройств и датчиков уровня топлива Номинальный ток от 0,8 A до 30 A действующее значение Номинальное напряжение от 600 до 1500 В Температура перехода до 150 C Быстрое сравнение полевых МОП-транзисторов на 600 В и IGBT Раздел II: Инвертор двигателя устройства Раздел III: Выбор устройства для инвертора двигателя мощностью 1 кВт Раздел IV: Заключение и вопросы / ответы 5

6 Раздел I: Быстрое сравнение полевых МОП-транзисторов и IGBT на 600 В 6

7 Сравнение полевых МОП-транзисторов на 600 В и IGBT: структуры устройств Основные технические характеристики и значение Основополагающие компромиссы Требования и соображения по приводу затвора Корпус полевого МОП-транзистора Соображения относительно диодов Когда использовать Сводку (IGBT или HV FET) 7

8 Структуры устройств Источник Затвор N + P N + PPNP N + Слив D eep P Ворота траншеи Обратите внимание на коллектор P + 600 В, поперечное сечение SJ-MOSFET, 600 В, G6H, поперечное сечение IGBT Источник: Renesas Symbol Symbol 8

9 Основные технические характеристики: сходства MOSFET (RJK60S8DPK) 9

10 Основные характеристики: IGBT (RJH60F7DPK) 10

11 Основные технические характеристики: Различия в состоянии Сопротивление полевого МОП-транзистора (RJK60S8DPK) В рабочем состоянии Падение напряжения в прямом направлении IGBT (RJH60F7DPK) МОП-транзистор (RJK60S8DPK) Основные характеристики корпуса диода RJK60S8DPK (RJK60S8DPK) Основные характеристики диода RJK60S8DPK, корпус RJK, 9T7000, 9T7000, Основные характеристики RJK2, 9T7000, 9T7000, Основные характеристики I0003FRD1 Компромиссы Ключевая цель конструкции MOSFET — минимизировать Rds (on) * Qgd => Минимальная проводимость + потери при переключении MOSFET Оптимизация Ключевая цель разработки IGBT — минимизировать Vce (sat) * Eoff => Минимальная проводимость + потери на переключение IGBT Оптимизация 12

13 Требования к приводу затвора и соображения Общий заряд затвора (Qg) Как правило, выше для высоковольтных полевых МОП-транзисторов (более крупный кристалл по сравнению с IGBT, для того же номинального тока). Включите резисторы затвора. Обычно для IGBT используются более высокие значения (меньшая входная емкость по сравнению с высоковольтными полевыми МОП-транзисторами) Затвор Напряжение привода Более высокое (15 В) предпочтительно для IGBT, 10 В подходит для полевых HV MOSFET Отрицательное напряжение управления затвором Обычно не требуется для полевых HV MOSFET, иногда используется для более старых технологических IGBT 13

14 MOSFET Body Diode dv / dt Рекомендации Использование MOSFET Основной диод: первоначально Q1 и Q4 проводят, Q1 выключен, основной диод Q2 начинает проводить Q1 снова включается при следующем импульсе, основной диод Q2 должен восстанавливаться Это добавляет к потерям переключения в устройствах (Q1 и Q2 ) и вызывает звон на осциллограммах тока и напряжения.Кроме того, необходимо контролировать или ограничивать скорость включения Q1 (чтобы она находилась в пределах указанного восстановления диода dv / dt) Q1 Q2 Типичная цепь привода электродвигателя H-моста M Q3 Q4 14

15 Когда использовать Сводка: Перспективное напряжение устройства (В) 1000 IGBT 250 IGBT? MOSFET Частота переключения MOSFET и уровень напряжения Fsw (khz) IGBT насыщается с почти постоянным прямым падением выше определенного значения Ic прямого падения (потери проводимости) ~ 15 A Точка перехода (выше которой IGBT лучше) ~ 1.2 В Полевой МОП-транзистор по существу имеет линейное увеличение напряжения в открытом состоянии с током стока 15

16 Когда использовать Сводка: Условия, основанные на низкой частоте переключения (<20 кГц) Высокие уровни мощности (скажем, выше 3 кВт) Необходимы высокие значения dv / dt обрабатывается диодом Высокая полная нагрузка Требуется КПД IGBT Предпочтительно ..! Высокая частота переключения (> 100 кГц) Широкая линия и условия нагрузки dv / dt на диоде ограничены Требуется высокий КПД при малой нагрузке Предпочтительно MOSFET..! 16

17 Когда использовать Краткое описание: Моторные приводы для приложений (> 250 Вт) ИБП и сварочные H-мостовые инверторы Высокомощные PFC (> 3 кВт) Высокомощные солнечные / ветровые инверторы (> 5 кВт) Предпочтительно IGBT! Электроприводы (<250 Вт) Универсальные входные источники питания обратного и прямого преобразователя переменного тока в постоянный. Компоненты PFC малой и средней мощности (от 75 Вт до 3 кВт). 17

18 Раздел II: Инвертор двигателя устройства 18

19 Инвертор двигателя устройства: типовая блок-схема преобразователя двигателя Стадия PFC: Типы конструкций PFC: CCM и CRM; Выбор одиночного и чередующегося IGBT или MOSFET для каскада PFC Силовой каскад инвертора: основные силовые компоненты IPM (интеллектуальный силовой модуль vs.Дискретный подход) Быстродействующий диодный МОП-транзистор IGBT в сравнении с МОП-транзистором для ступени инвертора Некоторые общие комментарии 19

20 Типовая блок-схема инвертора двигателя устройства Ступень инвертора Lpfc: полевые транзисторы или IGBT (6 шт.) / Диод быстрого восстановления модуля / диод SiC Cbus Vac 3-фазный двигатель переменного / постоянного тока Выпрямитель, диоды / мостовой выпрямитель Ток, сигналы обратной связи по напряжению для контроллера PFC Низкий Vceon, сверхбыстрый сигнал привода PWM IGBT / SJ FET Ток, температура, напряжение шины, фазное напряжение и т. Д.(сигналы обратной связи) Драйвер затвора Optos / HVIC Сигналы управления затвором ШИМ Контроллер PFC MCU Логические сигналы ШИМ 20

21 Этап PFC: IGBT или SJ-MOSFET Некоторые ключевые условия применения и требования к устройствам Топология CCM (режим непрерывной проводимости) Условия применения Устройство Требования Типовой диапазон мощности составляет от 1 кВт до 4 кВт Типичная частота переключения: от 25 кгц до 150 кгц Обычно устройства жестко переключаются Обычно более низкие пульсации тока индуктора Высокие средние токи, большие кристаллы / корпусные устройства На более низких уровнях предпочтительны IGBT, на более высоких уровнях предпочтительны полевые МОП-транзисторы Быстрое переключение существенные возможности Менее напряженная для устройства Топология CRM (режим критической проводимости) Условия применения Требования к устройству Типичный диапазон мощности от 100 Вт до 1 кВт Типичный диапазон частот коммутации широкий (от 50 кГц до 300 кГц) Обычно устройства переключаются плавно и жестко выключено Обычно более высокая пульсация тока индуктора Относительно меньший размер кристалла / корпуса могут быть рассмотрены устройства. Почти всегда используются полевые МОП-транзисторы. Низкое значение Rdson так же важно, как и заряд затвора. Более напряженный для устройства. 21

22 Инверторный каскад: IGBT или полевой транзистор. Некоторые ключевые условия применения и требования к устройству. Высоковольтный полевой транзистор от 75 Вт до 200 Вт. Предпочтительный полевой диод с быстрым корпусом. Уровень мощности. Частота ШИМ от 500 Вт до 5 кВт. От 200 Вт до 500 Вт. Несколько килогерц, чтобы сказать 25 кГц. .Обычно предпочтение отдается IGBT. Также это зависит от уровня мощности, но может быть предпочтительным полевой транзистор с быстродействующим корпусом. 22

23 Ступень инвертора: IGBT или FET. Некоторые ключевые условия применения и требования к устройствам. Условия применения / требования. IGBT (с FRD) или HV FET диод Потери восстановления Важное требование к КПД при высокой световой нагрузке Предпочтительно IGBT (с диодом с быстрым восстановлением) Предпочитается быстродействующий диодный диод FET Самая низкая стоимость устройства Обычно предпочтение IGBT (с FRD) 23

24 Раздел III: Инвертор двигателя устройства мощностью 1 кВт 24

25 Инвертор двигателя устройства мощностью 1 кВт: определение требований к конструкции: каскад PFC Выбор устройства каскада инвертора для каскада PFC: понимание проектных требований Упражнение по анализу потерь Выбор подходящего устройства Выбор подходящего устройства для каскада мощности инвертора: понимание требований к конструкции Убыток A Упражнение для анализа Выбор подходящего устройства 25

26 Определение требований к конструкции: каскад PFC Подробные сведения о приложении PFC Параметр / спецификация Значение Единицы Комментарии Vin_min Минимальное входное напряжение переменного тока 85 В (среднеквадратичное значение) Vin_max 265 В среднеквадратичное максимальное входное напряжение переменного тока P_out 1000 Вт Номинальная выходная мощность V_dc 400 В постоянного тока Напряжение на шине Fsw 100 кГц Частота переключения ШИМ Предпочтение топологии схемы Однофазный или двухфазный режим цепи с чередованием (CCM, CRM) CCM CCM = режим непрерывной проводимости, CRM = режим критической проводимости) Предпочтение по комплектации для IGBT / FET и диода TO247 TO220, TO247 , D2pak и др.Температура окружающей среды в наихудшем случае 45 ° C Температура радиатора в наихудшем случае 100 ° C Целевая эффективность при нагрузке 20% 90% Целевая эффективность при нагрузке 50%> 90% Целевая эффективность при 100% нагрузке> 90% Любые особые требования? — Плотная компоновка платы, да / нет воздушный поток, требуется выдерживание пускового тока, пользовательские входы 26

27 Выбор устройства для каскада PFC Понимание требований к конструкции и выбор первого прохода: топология CCM => Жесткое переключение, возможность высокой скорости Требуется Частота переключения 100 кГц => Высокая для IGBT, лучше подходит для MOSFET Уровень мощности 1 кВт => Лучше подходит для MOSFET Напряжение на шине постоянного тока составляет 400 В (номинальное) => Рекомендуется использовать устройство с номинальным напряжением 600 В. 600 В, SJ-MOSFET в корпусе TO247, мы выбираем RJK60S5DPQ и RJK60S7DPQ: 27

28 Выбор устройства для сравнения таблицы данных ступени PFC: BVdss P / N Rdson, max Qg, typ Qgd, typ Rthjc, max FOM1 FOM2 V) (МОм) (nc) (nc) (C / W) Rds * Qg Rds * Qgd 600 RJK60S5DPQ RJK60S7DPQ Примечания: 1.FOM1,2 = Показатели качества 1 => это отражает влияние сопротивления и заряда затвора на общие потери (Rdson -> потери проводимости; Qg, Qgd -> потери при переключении) 2. Чем ниже FOM, тем ниже общие потери и, возможно, лучшая производительность устройства (с точки зрения общей эффективности системы и рабочей температуры устройства) 28

29 Выбор устройства для этапа PFC Расчетные потери устройства и эксплуатационные Tj Резюме: RJK60S7DPQ Pout Loss (W) Tj (deg C ) RJK60S5DPQ Pout Loss (W) Tj (deg C) Резюме: 1.S7 — это кристалл большего размера с меньшим сопротивлением Rdson и преимуществом за счет более низкого теплового импеданса с точки зрения более низкого рабочего Tj. 2. Потери примерно такие же при полной нагрузке, но меньше для устройства S5 при более легких нагрузках; это связано с более низким зарядом затвора => меньшими потерями при переключении. 3. Если самая низкая рабочая Tj является ключевой целью проектирования (для максимального ожидаемого срока службы), то S7 — лучший вариант. 4. С точки зрения потерь и с точки зрения более низкой стоимости, S5 — лучший вариант для рассмотрения. 29

30 Определение требований к конструкции: Двигатель ступени инвертора Подробные сведения о применении инвертора Параметр / Спецификация Значение Единицы Комментарии Тип двигателя 3 фазы, ACIM AC Induction, BLDC, PMSM Номинальная мощность 1 кВт кВт / л.с. 1 л.с. = 0.75 кВт Номинальный действующий ток на фазу 2,6 Arms Номинальное действующее значение напряжения на фазу 127 В среднеквадратичное значение Частота коммутации ШИМ 20 кГц Максимальное напряжение шины постоянного тока 400 В постоянного тока Максимальная температура окружающей среды 45 ° C Максимальный теплоотвод * / Температура меди на печатной плате 105 ° C пониженный. Предпочтение пакета для IGBT / FET D2pak TO220, TO247, D2pak, Dpak и т. д. Номинальный ток источника / понижения тока драйвера затвора 1 A Обычно указывается в таблице данных драйвера затвора Максимальный ток или ток заблокированного ротора 10 Arms Максимальная продолжительность тока заблокированного ротора 1 с Любые особые требования, соображения 5 мкс Нет / Да Доступен воздушный поток, необходим ток короткого замыкания 10 мкс и т. Д.Примечания: BLDC = Бесщеточный DC PMSM = Входы пользователя синхронного двигателя с постоянным магнитом 30

31 Выбор устройства для ступени инвертора Понимание требований к конструкции и выбор первого прохода: уровень мощности составляет 1 кВт => предпочтительный IGBT Fsw составляет 20 кГц => лучше подходит для IGBT Напряжение на шине постоянного тока составляет 400 В (номинальное) => рекомендуется устройство с номинальным напряжением 600 В Важны потери при восстановлении диода => Предпочтительно IGBT (с FRD) Желательна устойчивость к короткому замыканию 5 мкс => IGBT (или MOSFET) с рейтингом SC Требуется меньшая стоимость устройства => IGBT является предпочтительным Если смотреть на матрицу продуктов 600V, G6H Trench, IGBT с номиналом 5 мкс в корпусе D2pak (LDPAK-S), мы выбираем RJH60D2DPE и RJH60D2DPE: 31

32 Выбор устройства для оценки потери устройства ступени инвертора и эксплуатационные Tj Сводка: Потери на выходе RJH60D2DPE (Вт) Tj (градус C) Потери на выходе RJH60D3DPE (Вт) Tj (градусы C) Резюме: 1.D3 — более крупное устройство, которое имеет более низкое тепловое сопротивление с точки зрения более низкого рабочего Tj. 2. Потери примерно такие же при половинной нагрузке, но меньше для устройства S5 при более легких нагрузках; это связано с более низкой составляющей потерь при переключении по сравнению с потерями проводимости. 3. Учитывая аналогичные потери и рабочее Tj при нагрузке> 50% и меньшие потери при более легких нагрузках с аналогичным рабочим Tj, D2 — лучший вариант для рассмотрения, особенно если стоимость также является ключевым фактором. 32

33 Раздел IV: Заключение и вопросы / ответы 33

34 Заключение: IGBT и HV MOSFET во многом похожи, но различаются с точки зрения производительности и применения Универсальный подход не работает Лучшее устройство — это тот который наилучшим образом соответствует потребностям приложения с точки зрения размера, эффективности и мощности в амперах / долл. США..! 34

35 Вопросы? 35

36 Обеспечение «умного общества» Задача. Ключевой задачей является создание интеллектуального и энергоэффективного решения для данного приложения с использованием наиболее подходящих MCU, устройств питания и датчиков. Заключение: этот класс показал вам, как выбрать наиболее подходящее устройство питания для типичного инвертора устройства мощностью 1 кВт 36

37 Renesas Electronics America Inc.

38 Слайды приложения: 1. Инструмент анализа потерь для выбора переключателя PFC 2. Инструмент анализа потерь для выбора переключателя инвертора 38

39 Выбор устройства для инструмента оценки потерь каскада PFC (пример снимка S7DPQ при 100% нагрузке) 39

40 Выбор устройства для инверторного каскада Двигатель Инверторный селектор IGBT и средство оценки потерь Prated 1000 Вт Vbus 400 В Vrms_phase 127 Vrms Irms_max_phase Arms Если предусмотрено PF 0.9 Irms_calc_phase Оружие Расчетное Ipeak_calc_phase вертикально Расчетная FSW 20 КГц V_test 300 В RJH60D2DPE MI 0.8 Индекс модуляции Iswitch_ave Iswitch_rms_square А 2 Idc_for_loss_calc Vcezero 1 В Vcesat_hot 2,2 В Icsat_hot 25 А Rceon Ом Eon_25C_DS_Iswpeak 2 Uj Eoff_25C_DS_Iswpeak 18 Uj Eon_hot_est_Vscaled 3 Uj Eoff_hot_est_Vscaled Uj Psw Вт Pcond W Ptot W Tcase 105 C Rthjc 1,98 C / W Tj CA Инструмент анализа потерь 40

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.