Рейтинги IGBT, я не розумію, як це можливо

Я знайшов IXGX400N30A3 в Digikey. Таблиця повідомляє, що пристрій розраховано на 400A при 25C, 1200A @ 25C на 1 мс, з напругою 300 В і PD 1000 Вт.

Дійсно? Цей пакет TO-264 може контролювати струм 400A протягом усього дня? Чи можу я відмовити свій зварювач TIG в режимі постійного струму? Як ці відводи навіть несуть 400А струму?

Цей пристрій має дуже низький термостійкість від стику до корпусу, $R_{thJC}$= 0,125 ºC / Вт (макс.), Що означає, що для кожного розсіяного Вт стик буде лише на 0,125 ºC (макс) вище температури корпусу. Так, наприклад, для$I_C$= 300 А, $V_{GE}$= 15 В, і $T_J$= 125 ºC (див. Рис. 2) $V_{CE}$буде лише близько 1,55 В. Ця потужність P = 300 · 1,55 = 465 Вт розсіюється (так, більше, ніж деякі електричні нагрівачі). Отже, стик буде 465 · 0,125 = 58,125 ºC (макс.) Вище температури корпусу, що є дуже низьким диференціалом, для цієї масивної дисипації.

Однак для того, щоб температура переходу не перевищувала його межі (150 ° С), тепловий опір від випадку до навколишнього середовища, $R_{thCA}$, що залежить від використовуваного теплонагрівача, також має бути дуже низьким, оскільки в іншому випадку температура корпусу піднімається значно вище температури навколишнього середовища (а температура стику завжди вище). Іншими словами, вам потрібен дуже хороший тепловідвід (з дуже низьким$R_{th}$), щоб можна було запустити цю істоту при 300 А.

Тепловим рівнянням є:

з

$T_J$: Температура з'єднання [ºC]. Повинна бути <150 ºC, згідно з даними.
$P_D$ : Розсіювання потужності [Вт].
$R_{thJC}$: Тепловий опір від стику до корпусу [ºC / W]. Це 0,125 ºC / Вт (макс.), Згідно з даними.
$R_{thCA}$: Термостійкість від корпусу до навколишнього середовища [ºC / W]. Це залежить від використовуваного радіатора.
$T_A$ : Температура навколишнього середовища [ºC].

Наприклад, при температурі навколишнього середовища 60 ºC, якщо ви хочете розсіювати 465 Вт, тепловідвід повинен бути таким, що $R_{thCA}$ становить не більше 0,069 ºC / Вт, що означає дуже велику поверхню, що контактує з повітрям, та / або примусове охолодження.

Що стосується клем, то приблизні розміри найтоншої їх частини (L-L1) · b1 · c. Якби вони виготовлялися з міді (лише наближення), опір кожного з них був би:

$R_{min}$= 16,78е-9 * (19,79е-3-2,59е-3) / (2,59е-3 * 0,74е-3) = 151 $\mu\Omega$
$R_{max}$= 16,78е-9 * (21,39е-3-2,21е-3) / (2,21е-3 * 0,43е-3) = 339 $\mu\Omega$

В $I_C$= 300 А, кожен з них буде розсіюватися між 13,6 і 30,5 Вт (!). Це багато. Двічі його (для C і E) може досягати 13% від 465 Вт, що розсіюється (у цьому прикладі) в самому ІГБТ. Але, як правило, ви їх будете спаяти, щоб ця тонка частина була коротшою, ніж (L-L1).

Звичайно, це можливо. Однак врахуйте, що число "400A @ 25 ° C" засноване на a$T_C$ 25 ° C, не температура повітря. $T_C$- температура корпусу. При 400А напруга на пристрої,$V_{CE(sat)}$, може становити 1,70 В. При 400А це розсіювання потужності 680 Вт. Вам знадобиться один здоровенний тепловідвід, що може бути фізично неможливим, особливо якщо температура навколишнього середовища становить 25 ° С.

Що стосується відводів, що проводять цей струм, на розмірному малюнку зазначено, що вони шириною не менше 2,21 мм і товщиною 0,43 мм. Це площа поперечного перерізу близько 1 квадратного мм, що еквівалентно дроту 17 калібру. Мій довідковий графік говорить, що 100A призведе до того, що довгий сегмент такої товщини (кругової, неізольованої) дроту розтане за 30 секунд. Звичайно, ці відводи не будуть довгими сегментами, вони будуть з'єднані з мідними літаками, що нагріваються. Але навіть тоді це досить сильно штовхає.

Що ви дізналися з цього аналізу? Не довіряйте першій сторінці аркуша даних! Ви також можете радісно ігнорувати будь-яку таблицю з позначкою "Абсолютний максимум". Вам не гарантується функціональний пристрій чи реалізована конструкція, якщо ви судите ці цифри. Мої професори завжди говорили, що ці сторінки складають відділ маркетингу, а не інженерний факультет. У цьому випадку таблиця, з якої ви отримали це число, позначена "Максимальне оцінювання". Не конструюйте свій пристрій для функціонування поблизу цих номерів. Натомість прокрутіть униз до характерних графіків та стандартних робочих параметрів (останнього немає в цьому аркуші, але це буде в інших) та розробити на цьому основі. Визначте, скільки струму може обробляти Ваша друкована плата чи дроти та яку потужність радіатора ви можете додати,

Ви згадали, що перебуваєте на Digikey; Я здогадуюсь, що ви помилилися і пішли шукати сильну частину в групі "Дискретні напівпровідникові вироби", розділ IGBTS - сингл . Цей розділ призначений для компонентів, встановлених на друкованій платі. Реалії виробництва ПХБ (пайка, товщина міді, теплонагрівання) обмежуватимуть тут практично досяжні значення. Якщо ви хочете отримати справді сильний струм, перейдіть до «Напівпровідникові модулі», саме там розташовані деталі, встановлені на шасі, підключені до товстих проводів. У розділі IGBT там є такі компоненти, як цей звір , показаний олівцем для масштабу (запозичений з Вікіпедії):

Цей пристрій фактично може працювати з 3300 та 1200 А; це 190 на 140 мм, а не маленький пристрій для монтажу на друкованій платі. Також доступно безліч менших, розумніших пристроїв.

Коротка відповідь: ви не робіть одночасно і 400А, і 300В, принаймні не дуже довго.

Пристрій майже не пропускає струм, коли він перебуває у вимкненому стані, і розсіює дуже мало енергії при вимкненому стані. Пристрій спричиняє дуже невеликий перепад напруги при проведенні в стані ввімкнення, і таким чином розсіює керовану кількість тепла в цьому стані.

Основний опік виникає при зміні між двома умовами. Напевно, найгірший випадок ввімкнення з таким вантажем, як великий мотор; струм нагнітання, який розгортає двигун, може тривати значні частки секунди, протягом яких може розвиватися багато тепла.

Бо ти бачиш речі; і ти кажеш: "Чому?" Але Б. Джаянт Баліга мріє про речі, які ніколи не були; і каже: "Чому б і ні?"

Але якщо серйозно, то відводи мають дуже низький опір, тому вони не виробляють багато тепла. Я думаю, що в реальному пристрої є паралельно багато розділів bjt, щоб знизити опір також дуже низько.