Jump to content

    
Sign in to follow this  
IlCF

IGBT без обратного диода

Recommended Posts

Добрый день! Существуют одинаковые транзисторы IGBT, отличающиеся только наличием обратного диода, например - IRG4PC50U и IRG4PC50UD. У меня возникла идея для снижения тепловой нагрузки на кристаллы транзисторов использовать в полномостовом инверторе транзисторы без встроенного диода, а диоды подключить внешние. Насколько я понимаю, тепловыделение корпуса транзистора складывается как из тепловыделения самого транзистора, так и тепловыделения диода. Не знаю, каково соотношение между ними, но даже если на диоде выделяется в 10 раз меньше тепла, то вынесение даже этих 10% тепла за пределы корпуса в любом случае даст прибавку надёжности. При этом для внешних диодов не потребуются дополнительные радиаторы - печатные дорожки, ведущие к коллектору и эмиттеру IGBT, имеют очень большую площадь, а потому могут служить естественным радиатором для диодов в D2PAK (а при желании можно и ТО-220 припаять). Это разгрузит радиаторы транзисторов и улучшит их тепловой режим. Кроме того, включив, к примеру, параллельно два MUR1560, мы получим существенно меньшее прямое падение напряжение (~0,3В) в сравнении со встроенными диодами, что при среднем токе в 20 А даёт сокращение рассеиваемой мощности 4х6W. Помимо этого, внешний диод будет работать при меньшей температуре, чем встроенный в корпус транзистора, следовательно, дерэйт его параметров по току и др. тоже будет меньшим.

 

Так же, возможно (но в этом я совсем не уверен), внешний диод допустимо взять на меньшее обратное напряжение, более соответствующее реально присутствующему в схеме - насколько я понимаю, если полный мост питается от 310 В, то это напряжение распределяется между двумя последовательно включенными диодами (правда, при условии синхронного закрывания транзисторов). Если это так, то вполне допустимо применение диодов на 200 В, которые в общем случае имеют меньшее прямое падение и более быстрые.

 

Подскажите, пожалуйста, верны ли мои рассуждения и если не верны, то в чём и почему?

 

P.S. Вопросы +/-10% к себестоимости для меня не особо актуальны, т.к. я радиолюбитель и делаю всё в единственном экземпляре и преимущественно с целью получения удовольствия от самого процесса :biggrin:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Задавался подобными вопросами с полевыми транзисторами в мосте. Скачал LT Spice, помоделировал. Подобрал диоды Шоттки. Получил удовольствие от процесса моделирования :) .

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
... Насколько я понимаю, тепловыделение корпуса транзистора складывается как из тепловыделения самого транзистора, так и тепловыделения диода. Не знаю, каково соотношение между ними, но даже если на диоде выделяется в 10 раз меньше тепла, то вынесение даже этих 10% тепла за пределы корпуса в любом случае даст прибавку надёжности...

Посчитайте (или измерьте) сколько времени, в процентном соотношении, в вашей схеме ток течет через открытый транзистор и сколько через защитный диод.

Зная падение напряжения на открытом транзисторе и на диоде, можно достаточно точно оценить соотношение мощностей. По моим прикидкам на диод придется существенно менее 10%. Посчитайте, может я ошибаюсь. Если характеристики встроенного диода приемлемые, то "городить внешний огород" - нет смысла, по моему скромному мнению.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Скачал LT Spice, помоделировал. Подобрал диоды Шоттки.

И если это не слишком большой секрет - что показали результаты моделирования? :rolleyes: А почему именно Шоттки? Или вы планировали применить данный подход для транзисторов, у которых есть свой встроенный диод?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Посчитайте (или измерьте) сколько времени, в процентном соотношении, в вашей схеме ток течет через открытый транзистор и сколько через защитный диод.

Зная падение напряжения на открытом транзисторе и на диоде, можно достаточно точно оценить соотношение мощностей. По моим прикидкам на диод придется существенно менее 10%. Посчитайте, может я ошибаюсь. Если характеристики встроенного диода приемлемые, то "городить внешний огород" - нет смысла, по моему скромному мнению.

Емкость диода характеристики ключа не улучшает, емкость внешнего диода обычно больше емкости встроенного (хотя бы за счет корпуса).

Share this post


Link to post
Share on other sites
Посчитайте (или измерьте) сколько времени, в процентном соотношении, в вашей схеме ток течет через открытый транзистор и сколько через защитный диод.

Измерять мне пока не на чем - моста ещё нет. И насчёт посчитать я тоже несколько затрудняюсь. По идее, ток через диоды течет только в течение мёртвого времени - пока другая диагональ моста не открылась. Но вот сколько конкретно его там протекает - вопрос. Преобразователь обратноходовый, следовательно (насколько я понимаю), энергия, запасённая в трансформаторе на момент закрывания транзисторов, не равна энергии, "закачанной" туда в период открытого состояния транзисторов. Я ещё только изучаю ИИП и потому многие вопросы для меня туманны - прошу прощения.

 

Емкость диода характеристики ключа не улучшает, емкость внешнего диода обычно больше емкости встроенного (хотя бы за счет корпуса).

Насколько я понимаю, при ёмкостях IGBT (или мощных MOSFET) в нанофарады даже несколько десятков пикофарад из-за корпуса диода роли не сыграют. Кроме того, даташиты говорят о том, что наличие встроенного диода на ёмкости действительно не влияет, зато влияет на скорости и энергии переключения:

 

post-86922-1496817954_thumb.jpg

 

Полагаю, что влияние внешнего диода будет меньшим хотя бы за счёт того, что ток через диод и через транзистор будет проходить по несколько разным путям, а в случае встроенного диода ток всегда проходит через выводы транзистора.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Измерять мне пока не на чем - моста ещё нет. И насчёт посчитать я тоже несколько затрудняюсь. По идее, ток через диоды течет только в течение мёртвого времени - пока другая диагональ моста не открылась. Но вот сколько конкретно его там протекает - вопрос.

В первом приближении, наверно можно допустить, что ток через диод будет таким же, как через транзистор, на момент его закрытия.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
В первом приближении, наверно можно допустить, что ток через диод будет таким же, как через транзистор, на момент его закрытия.

Тогда возникает вопрос с длительностью протекания этого тока, т.е. запасённая за какой период времени энергия будет сбрасываться через диод.

А если, допустим, мост резонансный и на момент закрытия ток будет примерно нулевой? Тогда, получается, никакого выигрыша и не получится?

Share this post


Link to post
Share on other sites
И если это не слишком большой секрет - что показали результаты моделирования? :rolleyes: А почему именно Шоттки? Или вы планировали применить данный подход для транзисторов, у которых есть свой встроенный диод?

Начало, продолжение. В итоге поменял тип диода и переразвел плату с учетом новых знаний :biggrin:.

Share this post


Link to post
Share on other sites
переразвел плату с учетом новых знаний

 

Функция диода - защитная. Если ВЫ идеально развели плату (минимум расстояний от конденсаторов до транзисторов) , нагрузка чисто активная то может получиться. Однако реальная нагрузка содержит ненулевую (иногда сильно ненулевую) индуктивность. Токи при коммутации будут генерировать значительные коммутационные напряжения. При идеальном резонансе можно и добиться коммутации в бестоковую паузу. Однако учитывайте переходные процессы и (если есть) изменение параметров нагрузки. Примерно время протекания тока при снятии напряжения с дросселя можно оценить 3-5 L/R. В трехфазном мосте с двигателем оценочно при cos=0.8 соответственно 20% токи диодов.

Диоды прийдется искать высокочастотные (определяющим будет время фронта-спада), расплагать возле выводов транзистора (на самих выводах).

В общем шкурка вычинки не стооит.

При включении Сразу становитесь на коллектор-эмитер(сток-исток) осциллографом и наблюдайте симпотичные картинки. Чем больше токи тем веселее картинки.

Лично наблюдал взрывы мостов по подобным причинам.

Удачи.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Начало продолжение.

По-моему, там у вас несколько про другое. Либо я чего-то недопонимаю - тогда был бы признателен за разъяснения.

Share this post


Link to post
Share on other sites

to volodya

Я плату переразвел из-за того, что раньше считал, что достаточно всё сделать полигонами. Но т.к. скорости изменения токов возросли, а выбросов быть не должно, то пришлось мыслить про пути возвратных токов и импедансы. Я кстати выкладывал очень симпатичную картинку.

to Ilya_NSK

У меня было немного другое, но способ решения на мой взгляд один. Я предлагаю вам помоделировать, найти основные составляющие потерь. Дальше - либо ключи подбирать либо разделить ключ на несколько источников тепла. Например, два IGBT в параллель либо диод и IGBT.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this