Công ty TNHH Điện tử Thâm Quyến Minh Gia Đạt cung cấp Infineon là một IGBT chuyển mạch cứng 1200V/25A với ứng dụng được xác định rõ ràng và tính nhất quán thông số tuyệt vời. Giá trị của nó không nằm ở hiệu suất cực đoan, mà ở khả năng đảm bảo sự ổn định, dễ dàng thiết kế và kiểm soát chi phí trên dải công suất công nghiệp rộng nhất - từ 2 đến 20 kHz - thông qua sụt áp bão hòa thấp, diode khớp nối rất 'mềm', khả năng song song hóa hệ số nhiệt độ dương (PTC) và khả năng chịu ngắn mạch 10 μs. Chỉ bằng cách hiểu các đặc tính nhiệt độ, phân bố điện trở nhiệt và trạng thái vòng đời, thiết bị này mới có thể được sử dụng hết tiềm năng của nó. transistor IGBT 1200V 25A với diode chống song song.
IKW25N120T2 là một transistor IGBT đơn 1200V/25A từ dòng TRENCHSTOP thế hệ thứ hai (T2) của Infineon. Nó sử dụng cấu hình 'DuoPack', tích hợp chip IGBT với diode điều khiển bằng cực phát phục hồi nhanh, phục hồi mềm trong một gói nhựa PG-TO-247-3 duy nhất, với mã đặt hàng IKW25N120T2FKSA1 và ký hiệu trên bảng mạch K25T1202.
Tên gọi của mô hình chỉ rõ các thông số kỹ thuật: 'IK' là viết tắt của IGBT có diode chống song song (trong khi tên gọi bắt đầu bằng 'IG' chỉ IGBT chip đơn không có diode); 'W' là viết tắt của gói TO-247; 25 là dòng collector định mức 25 A ở nhiệt độ vỏ 100 °C; 120 là điện áp định mức 1200 V; T2 là nền tảng TRENCHSTOP thế hệ thứ 2, với công nghệ chip bắt nguồn từ cấu trúc trường dừng cổng rãnh của IGBT thế hệ thứ tư (IGBT4) của Infineon. Dải tần số chuyển mạch được khuyến nghị chính thức là từ 2 kHz đến 20 kHz; nó được định vị là thiết bị 'chuyển mạch cứng tần số thấp', ưu tiên tổn hao dẫn trong khi vẫn tính đến tổn hao chuyển mạch, bổ sung cho dòng H3, được thiết kế cho hoạt động tần số cao.
Cốt lõi của thiết bị này là một cấu trúc phức hợp bao gồm cổng rãnh và trường dừng. Cổng rãnh biến đổi kênh từ phẳng sang dọc, tăng mật độ tế bào và độ dẫn điện xuyên; lớp trường dừng tạo thành một bộ đệm ở cuối vùng trôi, cho phép chế tạo chip mỏng hơn trong khi vẫn duy trì điện áp đánh thủng 1.200 V, do đó đồng thời giảm sụt áp bão hòa và dòng điện đuôi tắt. So với các IGBT cổng phẳng trước đây, thế hệ này mang lại những cải tiến về cả đặc tính tĩnh và động, thay vì chỉ đơn thuần đánh đổi tổn hao khi bật với tổn hao khi tắt.
Diode chống song song sử dụng thiết kế điều khiển bằng cực phát, hiệu suất cao (HE), đặc trưng bởi dạng sóng phục hồi rất mềm và điện tích phục hồi có thể kiểm soát. Điều này làm giảm dòng phục hồi ngược cực đại của diode tại thời điểm IGBT bật, do đó giảm tổn hao bật và EMI. Đây cũng là giá trị thực tế của gói 'DuoPack': IGBT và diode của nó được thiết kế và khớp với nhau bởi cùng một nhà sản xuất để phù hợp với cùng một diện tích chip; người dùng không cần tự chọn diode phục hồi nhanh rời, tiết kiệm không gian và chi phí đồng thời tránh lỗi không khớp.
Điện áp collector-emitter (VCE) là 1200 V (đo ở VGE = 0 V và IC = 500 μA); điện áp cổng-emitter tối đa là ±20 V; dải nhiệt độ nối hoạt động là -40 °C đến +175 °C; và dải nhiệt độ lưu trữ là -55 °C đến +150 °C.
Khả năng dòng điện được chia thành hai cấp: dòng collector DC là 50 A ở nhiệt độ vỏ (TC) 25 °C, giảm xuống còn 25 A ở TC = 110 °C; điều này giải thích nguồn gốc của định mức '25 A'; Dòng collector xung ICPuls là 100 A (giới hạn bởi Tjmax), trong khi vùng hoạt động an toàn (SOA) khi tắt cũng là 100 A (VCE ≤ 1.200 V, Tj ≤ 175 °C). Phía diode: dòng thuận là 40 A ở TC = 25 °C và 25 A ở TC = 110 °C; dòng xung là 100 A.
Sụt áp bão hòa VCEsat, dưới điều kiện VGE = 15 V và IC = 25 A, thường là 1,7 V ở 25 °C (tối đa 2,2 V), thường là 2,1 V ở 150 °C và thường là 2,2 V ở 175 °C. Các số liệu này nằm ở mức thấp đối với phân khúc 1200 V/25 A, phản ánh trực tiếp điểm bán hàng 'VCEsat thấp' của nền tảng T2. Quan trọng hơn, VCEsat có hệ số nhiệt độ dương; sụt áp tăng thay vì giảm ở nhiệt độ cao. Khi nhiều thiết bị được kết nối song song, dòng điện được cân bằng tự nhiên, ngăn ngừa sự chạy trốn nhiệt do các thiết bị riêng lẻ 'giật' dòng; do đó, nhà sản xuất liệt kê rõ ràng 'khả năng song song hóa dễ dàng' như một tính năng.
Các thông số tĩnh khác: điện áp ngưỡng cổng VGEth là 5,2 V / 5,8 V / 6,4 V (tối thiểu / điển hình / tối đa), và độ dẫn điện xuyên gfs thường là 13,5 S (VCE = 20 V, IC = 25 A). Sự phân bố rộng rãi các điện áp ngưỡng này có nghĩa là thiết bị không tương thích trực tiếp với các trình điều khiển mức logic (như 3,3 V hoặc 5 V); cần sử dụng trình điều khiển IGBT chuyên dụng với điện áp bật +15 V. Dòng rò điện áp cổng bằng không ICES khoảng 0,4 mA ở 25 °C và 1.200 V, khoảng 4 mA ở 150 °C và có thể đạt 20 mA ở 175 °C; tổn hao chặn ở nhiệt độ cao phải được tính đến trong quá trình chờ điện áp cao hoặc trong môi trường nhiệt độ cao và không thể ước tính bằng các giá trị ở nhiệt độ bình thường.
Sụt áp thuận (VF) của diode thường là 1,65 V ở 25 °C và 1,7 V ở 150 °C khi IF = 25 A, với tối đa là 2,2 V.
Điện dung đầu vào Ciss là 1600 pF, điện dung đầu ra Coss là 155 pF và điện dung truyền ngược Crss là 90 pF (VCE = 25 V, VGE = 0 V, 1 MHz); điện tích cổng QGate là 120 nC (VCC = 960 V, IC = 25 A, VGE = 15 V). Bộ dữ liệu này xác định công suất điều khiển: ước tính bằng công thức Qg × ΔVGE × fsw, công suất điều khiển cổng ở 10 kHz khoảng 0,12 μC × 23 V × 10 k, ≈ 28 mW. Tải cho chính trình điều khiển rất nhẹ; thách thức chính nằm ở việc kích hoạt sai do dv/dt từ điện dung Miller, thay vì do thiếu công suất điều khiển.
Dưới điều kiện thử nghiệm với tải cảm, VCC = 600 V, IC = 25 A, VGE = 0/15 V và RG = 16,4 Ω, các đặc tính chuyển mạch ở 25 °C như sau: độ trễ bật td (on) 27 ns, thời gian tăng tr 20 ns, độ trễ tắt td (off) 265 ns, thời gian giảm tf 95 ns, năng lượng bật Eon 1,55 mJ, năng lượng tắt Eoff 1,35 mJ và tổng năng lượng chuyển mạch Ets 2,9 mJ; ở 175 °C, td (on) là 25 ns, tr là 24 ns, td (off) là 340 ns, tf là 164 ns, Eon 2,25 mJ, Eoff 2,05 mJ, Ets 4,3 mJ.
Khía cạnh đáng chú ý nhất của bộ dữ liệu này là ảnh hưởng của nhiệt độ: trong khi các thông số bật gần như không thay đổi, các thông số tắt suy giảm đáng kể, với tf tăng từ 95 ns lên 164 ns và Eoff tăng khoảng 52%. Điều này là do dòng điện đuôi tăng ở nhiệt độ cao, là đặc điểm chung của tất cả các IGBT. Do đó, các tính toán thiết kế nhiệt không được dựa trên giá trị Eoff ở 25°C; phải áp dụng biên độ an toàn bằng cách sử dụng các giá trị cho 125°C hoặc 175°C, nếu không sự gia tăng nhiệt độ thực tế sẽ vượt quá mong đợi. Hơn nữa, bảng dữ liệu quy định rằng Eon đã bao gồm tổn hao phục hồi diode ngược; khi sử dụng Ets để ước tính ở cấp hệ thống, không được cộng thêm tổn hao Qrr riêng biệt để tránh đếm trùng.
Dựa trên Ets là 4,3 mJ ở 175°C, tổn hao chuyển mạch khoảng 43 W ở 10 kHz và khoảng 86 W ở 20 kHz; điều này giải thích tại sao nhà sản xuất đặt giới hạn trên ở 20 kHz - ở tần số cao hơn, tổn hao chuyển mạch sẽ nhanh chóng làm giảm lợi ích hiệu suất, sau đó sẽ rơi vào phạm vi của các thiết bị H3 hoặc IGBT7.
V. Chi tiết về diode chống song song là một IGBT chuyển mạch cứng 1200V/25A với ứng dụng được xác định rõ ràng và tính nhất quán thông số tuyệt vời. Giá trị của nó không nằm ở hiệu suất cực đoan, mà ở khả năng đảm bảo sự ổn định, dễ dàng thiết kế và kiểm soát chi phí trên dải công suất công nghiệp rộng nhất - từ 2 đến 20 kHz - thông qua sụt áp bão hòa thấp, diode khớp nối rất 'mềm', khả năng song song hóa hệ số nhiệt độ dương (PTC) và khả năng chịu ngắn mạch 10 μs. Chỉ bằng cách hiểu các đặc tính nhiệt độ, phân bố điện trở nhiệt và trạng thái vòng đời, thiết bị này mới có thể được sử dụng hết tiềm năng của nó.Thời gian phục hồi ngược của diode (trr) dưới điều kiện VR = 600 V, IF = 25 A và diF/dt ≈ 1050 A/μs là 195 ns ở 25°C và 290 ns ở 175°C; Điện tích phục hồi ngược (Qrr) là 2,05 μC ở 25 °C và 3,65 μC ở 175 °C; dòng phục hồi ngược cực đại (Irrm) là 20 A ở 25 °C và 24 A ở 175 °C; độ dốc suy giảm dòng phục hồi (dirr/dt) là 475 A/μs ở 25 °C và 330 A/μs ở 175 °C.
Bản chất 'mềm' của bộ dữ liệu này thể hiện ở dirr/dt tương đối nhẹ, chậm hơn nữa ở nhiệt độ cao; quá trình phục hồi thiếu sự giảm dòng đột ngột, và do đó không gây ra các đỉnh điện áp lớn trên điện cảm ký sinh của bus, dẫn đến hiệu suất EMI tốt. Sự đánh đổi là Qrr tương đối cao (3,65 μC ở 175°C); trong một cầu nối chuyển mạch cứng 20 kHz, tổn hao phục hồi diode sẽ chiếm một phần đáng kể trong tổng tổn hao. Sự đánh đổi kỹ thuật là: nếu ứng dụng ưu tiên nhiễu thấp, đỉnh điện áp thấp và độ tin cậy hệ thống tổng thể, thì sự kết hợp phục hồi mềm này rất phù hợp; nếu mục tiêu là đạt được hiệu suất tần số cao nhất có thể, thì nên sử dụng các diode có thời gian phục hồi nhanh hơn, chẳng hạn như các diode tương thích với H3 hoặc IGBT7.
VI.
IKW25N120T2 là một IGBT chuyển mạch cứng 1200V/25A với ứng dụng được xác định rõ ràng và tính nhất quán thông số tuyệt vời. Giá trị của nó không nằm ở hiệu suất cực đoan, mà ở khả năng đảm bảo sự ổn định, dễ dàng thiết kế và kiểm soát chi phí trên dải công suất công nghiệp rộng nhất - từ 2 đến 20 kHz - thông qua sụt áp bão hòa thấp, diode khớp nối rất 'mềm', khả năng song song hóa hệ số nhiệt độ dương (PTC) và khả năng chịu ngắn mạch 10 μs. Chỉ bằng cách hiểu các đặc tính nhiệt độ, phân bố điện trở nhiệt và trạng thái vòng đời, thiết bị này mới có thể được sử dụng hết tiềm năng của nó.Thời gian chịu ngắn mạch (tSC) là 10 μs, dưới điều kiện thử nghiệm VGE = 15 V, VCC ≤ 600 V và nhiệt độ nối ban đầu là 175 °C; quy định rằng số chu kỳ ngắn mạch phải ít hơn 1.000, với khoảng thời gian hơn 1 giây giữa mỗi sự kiện ngắn mạch. Liên quan đến dòng ngắn mạch, dưới điều kiện VGE = 15 V, VCC = 600 V và tSC ≤ 10 μs, dòng ngắn mạch điển hình là 150 A ở nhiệt độ nối ban đầu 25 °C và 115 A ở nhiệt độ nối ban đầu 175 °C, tương đương khoảng 4,6 đến 6 lần dòng định mức.
Khoảng thời gian 10 μs đặt ra các yêu cầu rõ ràng về thiết kế bảo vệ: thời gian chặn để phát hiện giảm bão hòa phải nhỏ hơn 10 μs, và độ dốc tắt mềm phải đủ nhẹ để ngăn chặn di/dt tại thời điểm tắt gây ra quá áp trên điện cảm ký sinh và gây đánh thủng. Ngắn mạch kéo dài hơn 10 μs chắc chắn sẽ dẫn đến hỏng hóc; do đó, đây không phải là 'bảo vệ tùy chọn' mà là yêu cầu bắt buộc. Cũng cần lưu ý rằng ở nhiệt độ nối ban đầu 175°C, dòng ngắn mạch giảm và khoảng thời gian trở nên chặt chẽ hơn; do đó, phải cho phép một biên độ cho ngưỡng bảo vệ trong điều kiện hoạt động nhiệt độ cao, tải nặng.
VII. Thiết kế nhiệt và Ước tính tiêu tán công suất cho
Một phép tính sơ bộ dựa trên điều kiện hoạt động điển hình là 25 A, 150 °C và 10 kHz: tổn hao dẫn khoảng 25 A × 2,1 V ≈ 52,5 W, và tổn hao chuyển mạch khoảng 2,9 đến 4,3 mJ × 10 kHz ≈ 29 đến 43 W; tổng của chúng khoảng 80 đến 95 W. Giả sử Rthjc là 0,43 K/W, chênh lệch nhiệt độ giữa nối và vỏ một mình là 35 đến 41 K; nếu nhiệt độ vỏ được kiểm soát ở 80 °C, nhiệt độ nối đã gần 120 đến 125 °C, để lại một số khoảng trống trước giới hạn trên 175 °C, nhưng biên độ này sẽ thu hẹp nhanh chóng ở 20 kHz. Điều này cho thấy thiết bị phù hợp với các ứng dụng liên quan đến 'tần số trung bình, dòng điện cao và tản nhiệt được thiết kế tốt', thay vì cố gắng ép một tản nhiệt nhỏ để xử lý tần số cao.
Điện trở nhiệt của diode gần gấp đôi so với IGBT (0,81 K/W); trong các mạch cầu nơi chu kỳ làm việc tự do cao hoặc hệ số công suất thấp (tức là thành phần công suất phản kháng cao), nhiệt độ nối của diode có thể đạt đến giới hạn trước. Khi chọn tản nhiệt và tính toán nhiệt độ nối, diode phải được tính toán riêng; không được chỉ dựa vào đường cong điện trở nhiệt của IGBT.
VIII. Các cân nhắc thiết kế chính cho
IKW25N120T2 là một IGBT chuyển mạch cứng 1200V/25A với ứng dụng được xác định rõ ràng và tính nhất quán thông số tuyệt vời. Giá trị của nó không nằm ở hiệu suất cực đoan, mà ở khả năng đảm bảo sự ổn định, dễ dàng thiết kế và kiểm soát chi phí trên dải công suất công nghiệp rộng nhất - từ 2 đến 20 kHz - thông qua sụt áp bão hòa thấp, diode khớp nối rất 'mềm', khả năng song song hóa hệ số nhiệt độ dương (PTC) và khả năng chịu ngắn mạch 10 μs. Chỉ bằng cách hiểu các đặc tính nhiệt độ, phân bố điện trở nhiệt và trạng thái vòng đời, thiết bị này mới có thể được sử dụng hết tiềm năng của nó.Đối với trình điều khiển cổng, điện áp bật +15 V và điện áp tắt khoảng -8 V được khuyến nghị. Điện áp tắt âm cải thiện đáng kể khả năng chống kích hoạt sai do dv/dt, điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị 1200 V. Các thông số chuyển mạch trong bảng dữ liệu được đưa ra cho RG = 16,4 Ω; khi chọn điện trở trong thực tế, có thể điều chỉnh xung quanh giá trị này: tăng RG làm giảm di/dt và các đỉnh, và giảm EMI, nhưng làm tăng tổn hao chuyển mạch; giảm RG có tác dụng ngược lại. Vì Eon bao gồm phục hồi diode, điện trở ở phía bật không nên đặt quá thấp, nếu không dòng phục hồi cực đại và dao động sẽ tăng lên.
Điện trở cổng nội bộ RGint của gói TO-247 là 0, có nghĩa là toàn bộ điện trở cổng được cung cấp bên ngoài, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế đáng kể. Tuy nhiên, điều này cũng ngụ ý rằng không có sự giảm chấn nội bộ; ngay cả các đường mạch cổng dài hơn một chút cũng có thể dễ dàng dẫn đến dao động. Do đó, bố cục nên đặt mạch điều khiển càng gần thiết bị càng tốt, sử dụng đất một điểm và ngăn chặn sự ghép nối giữa mạch công suất và mạch cổng. Điện cảm cực phát nội bộ (LE) khoảng 13 nH (đo cách vỏ 5 mm). Dưới ảnh hưởng của điện cảm cực phát chung, giá trị này sẽ giới hạn tốc độ tắt và làm tăng các đỉnh điện áp; đây là một lĩnh vực mà kết nối Kelvin hoặc thanh cái nhỏ gọn nên được sử dụng trong quá trình bố cục để giảm thiểu các hiệu ứng này.
Liên quan đến hoạt động song song, hệ số nhiệt độ dương của VCEsat tự nhiên tạo điều kiện cho việc chia sẻ dòng điện tĩnh, được gọi chính thức là 'khả năng song song hóa dễ dàng'. Tuy nhiên, hai điểm cần chú ý khi song song hóa: thứ nhất, sự phân bố VGEth từ 5,2 đến 6,4 V sẽ gây ra sự khác biệt nhỏ về thời gian bật; việc chia sẻ dòng điện động phải được cân bằng bằng cách sử dụng các điện trở cổng độc lập cho mỗi thiết bị; thứ hai, sau khi song song hóa, tổng Qg và Ciss tăng theo cấp số nhân, do đó dòng điện đỉnh của trình điều khiển phải được khuếch đại tương ứng. Không khuyến khích chia sẻ một điện trở cổng duy nhất cho nhiều thiết bị.
IX. Các kịch bản ứng dụng điển hình cho
Trong các ứng dụng mà bộ chỉnh lưu ba pha 380 V tạo ra điện áp bus khoảng 540 V, hoặc nơi nguồn một pha 220 V được nâng lên điện áp bus 400 V, biên độ do điện áp chịu đựng 1.200 V, kết hợp với kẹp RCD hoặc chuyển mạch mềm, là đủ để xử lý các đỉnh tắt và biến động lưới điện - điều mà các thiết bị lớp 600 V không thể đạt được. Nếu bus hoạt động ở 800V trở lên trong thời gian dài, biên độ đột biến phải được đánh giá lại, hoặc nên sử dụng gói bốn chân với cực phát Kelvin để cải thiện bảo vệ quá áp khi tắt.
Tóm tắt:
Người liên hệ: Mr. Sales Manager
Tel: 86-13410018555
Fax: 86-0755-83957753
Vietnamese
