Quanto è il potere disperdente dell'IGBT?

Ciao a tutti, è da molto tempo che non aggiorno i miei articoli. Da un lato sono impegnato con il mio lavoro e sono davvero pigro. Secondo le statistiche, il tempo medio che trascorro ogni giorno davanti al cellulare dopo il lavoro è di quasi due ore. È un peccato. Da giovane positivo e promettente, come posso permettermi di andare giù in questo modo? Quindi ho lasciato il cellulare e ho continuato a scrivere articoli scientifici popolari!

questoperiodoFacciamo una chiacchierataIGBTDissipare il potere, sentire spesso chiedere agli amiciIGBTQual è la corrente massima che può circolare? Quanto può essere alta la frequenza di commutazione? Attualmente si.IGBTChiunque sappia qualcosa sull'applicazione dovrebbe sapere che non esiste un modo per fornire risultati accurati e quantitativi di questi problemi.IGBTLa frequenza di commutazione e la corrente di uscita del dispositivo dipendono principalmente dalla dissipazione del calore del dispositivo. Finché la dissipazione del calore è abbastanza buona, metti ilIGBTIl calore generato può essere dissipato in tempo, allora è possibile.“overclocking”。Il motivo per cui i produttori di energia chiamano alcuni tubi tubi veloci è che sono ottimizzati.IGBTLa velocità di commutazione riduce la perdita di commutazione.cheIGBTQual è il consumo energetico per la dissipazione del calore durante il funzionamento?Forse non hai un concetto molto intuitivo. Oggi combineremo alcuni elettrodomestici eIGBTDai un'occhiata al confronto orizzontale del consumo energetico.

Per prima cosa, introduciamo brevemente la perdita dell'IGBT.IGBTLa perdita è principalmente suddivisa inPerdite di commutazione e perdite di conduzioneDue parti. Le perdite di commutazione sono suddivise inPerdita all'accensione e perdita allo spegnimento，Poiché la maggior parte delle applicazioni dell'IGBT sonoCarico induttivoDurante il processo di accensione, la corrente di collettore aumenta prima, e poi la tensione diminuisce. Al contrario, durante lo stato transitorio di spegnimento, la tensione di collettore dell'IGBT aumenta prima, e poi la corrente diminuisce, in modo cheIGBTIl processo di commutazione, tensione e corrente avràParte sovrapposta，In questo processo, la tensione e la corrente sono entrambe positive e anche la potenza moltiplicata per esse è positiva, quindi lo saràrilascia energiaSebbene l'IGBT sia un interruttore elettronico di potenza, è diverso dagli interruttori meccanici quando conduce e si verifica una caduta di tensione di diversi volt, quindi produrrà anche una certa perdita, chiamata perdita di conduzione.

Per la maggior parte delle applicazioni industriali,IGBTAll'interno ci sarà un diodo. Sebbene il diodo sia un dispositivo passivo, poiché il dispositivo accanto è un dispositivo di commutazione, non può e non può.prestare attenzione al proprio miglioramento morale senza pensare agli altri.Quanto velocemente l'IGBT si accende e quanto velocemente si spegne.Tuttavia, le caratteristiche innate del materiale determinano che non sia possibile spegnerlo in quel momento, quindi il diodo sopporterà contemporaneamente la tensione inversa e la corrente inversa in breve tempo. In questo momento, la potenza moltiplicata delle due è positiva, quindi deve anche rilasciare energia. Anche l'accensione anticipata del diodo causerà una perdita, ma è inferiore alla perdita di spegnimento, quindi la perdita di commutazione del diodo si riferisce principalmente alla perdita di spegnimento. Allo stesso tempo, lo spegnimento inverso richiede un certo tempo di recupero, quindi la perdita di commutazione del diodo è anche chiamata perdita di recupero inverso. Somma dei diodiIGBTAllo stesso modo, sebbene venga adottato il metodo della modulazione della conduttanza per ridurre la tensione continua, esistono ancora1-2VLa caduta di tensione diretta del diodo non può essere ignorata in presenza di correnti elevate, che rappresentano la perdita di conduzione del diodo. Non è facile pensare ai diodi, non solo sotto la pressione del "Grande Fratello" accanto a loro, ma anche a causa dei nuovi materiali.SicIl rischio di sostituzione del diodo dimostra che anche la resistenza alla compressione del diodo è straordinaria... È un po' fuori tema. Continua...

Dopo aver scoperto la perdita di commutazione dell'IGBT, esaminiamola di nuovo.IGBTIl calcolo delle perdite, qui Lao Geng vuole mostrarti un meraviglioso algoritmo, lo scopo è lasciare che tutti siano i primiIGBTdissipazioneE potenza ed energiaAvere una profonda comprensione della relazione. Qui prendiamo come esempio il modulo 1700V 1400A di Infineon per una semplice spiegazione, con il numero di modello diFF1400R17IP4。I piccoli amici che leggono i contenuti passati potrebbero chiedere a Lao Geng perché prendi sempre questa pipa come esempio. Ricorda una parola, sono impegnato nell'alta potenza e la prima cosa con cui sono entrato in contatto è questo modulo. Provo sentimenti profondi per questo modulo. Diamo un'occhiata alla relazione corrispondente tra la perdita di commutazione e la corrente di questo modulo, come mostrato nella figura seguente.：

Si può vedere che man mano che la corrente aumentaIGBTLa perdita di commutazione diventa maggiore e la perdita è anche correlata alla temperatura. per quanto riguarda1400AIl modulo, con una buona dissipazione del calore, può funzionare fino a800AAllora cominciamo con800AAd esempio, non è difficile scoprirlo dalla figura sopra.IGBT在125℃ 800ASotto la corrente di ogni perdita di accensione è280 mJ，L'unità può anche esseremW，La perdita di spegnimento è420 mJ，Quindi la perdita di commutazione totale per volta è700 mJ。 supponiamoIGBTLa frequenza di commutazione è2kHz,Gli 1s dell'IGBT genereranno 700mJ * 2000 = 1400J di calore, che equivalgono a 1.4 kWh di elettricità consumata in un'ora. Quella generazione di 1s1400JEquivalente a quanta potenza delle apparecchiature elettriche? Dopo una semplice conversione, può essere equivalente a a1400WIl vecchio Geng guardò intorno agli elettrodomestici, trovò il bollitore dell'acqua calda fumante e guardò la famosa marca.1500W，Per coincidenza, è simile al consumo energetico del modulo.

Alcuni amici potrebbero dire che sei poco professionale. Come puoi farlo? Sì, il calcolo di cui sopra è davvero privo di significato, perché è slegato dall'applicazione pratica e, allo stesso tempo, non tiene conto della perdita di conduzione, della perdita di diodo e così via. Lo scopo principale di Lao Geng è divulgare la scienza a tutti.E potenza ed energiaLa differenza, finché senti che c'è qualcosa da guadagnare. InfattiIGBTLa formula per il calcolo delle perdite è complessa ed è correlata alla topologia del circuito, al fattore di potenza,%PWMModulazione e così via. Esistono molte risorse online per formule di calcolo dettagliate. Puoi cercarli tu stesso, e la maggior parte di essi proviene da un documento di Infineon.“Programma di dimensionamento IPOSIM per il calcolo delle perdite e della temperatura dei moduli IGBT Infineon”,Se non riesci a trovarlo, puoi anche contattare Lao Geng. Le informazioni di contatto erano disponibili in passato. Quanto segue è basato su InfineonIPOSIMIl software di simulazione viene comunemente utilizzato in due modi.IGBTPer un esempio di dissipazione di potenza dell'inverter, dai un'occhiata.IGBTQuanto è grande la perdita durante il lavoro?

Ora che i veicoli elettrici a nuova energia sono così popolari, prendiamo come esempio il modulo Infineon HP Drive FS820R08A6P2B. Questo è un modulo di potenza automobilistico da 6 unità. Secondo gli amici impegnati nel campo delle nuove energie, questo modulo viene utilizzato da Weilai, Geely e GM Buick ed è un prodotto di punta. La tensione nominale di questo modulo è di 750 V, la corrente di 820 A e sono presenti 6 IGBT al suo interno. La potenza di uscita del driver realizzato con questo modulo può raggiungere i 200 kW, un valore assolutamente vantaggioso per l'utilizzo in autovetture. L'immagine del modulo e del circuito interno è mostrata nella figura seguente:

Infineon IPOSIM viene utilizzato per una semplice simulazione di potenza. In condizioni di tensione della batteria di 400 V, circuito di uscita di 500 A e frequenza di commutazione di 8 kHz, la potenza dissipata di un singolo IGBT è di 500 W, mentre quella dell'intero modulo è di circa 3000 W. Geng guardò di nuovo gli elettrodomestici e scoprì che la potenza dello scaldabagno per il bagno era di soli 3000 W W. Che coincidenza. In questo momento, ci devono essere alcuni amici che diranno: Lao Geng, come puoi essere così calcolatore? Ahah, lo sai. . . È difficile immaginare che un modulo così grande come un palmo possa generare così tanto consumo energetico durante il lavoro.

La potenza di dissipazione del calore del modulo sopra descritto non è ridotta. Costruiamo un modulo di grandi dimensioni e prendiamo come esempio l'inverter a tre livelli ad alta potenza da 3300 V a media tensione. L'inverter adotta un modulo package IHV da 4500 AV e 1200 A con una corrente di uscita di 500 A. Sono necessari in totale 12 moduli IGBT e 6 diodi per i tre livelli, come mostrato nella figura seguente:

A metà tensione del bus2800V,corrente di uscita500Afrequenza di commutazione1kHzI dati di simulazione sono mostrati di seguito e si può vedere che la perdita di commutazione del tubo esterno a tre livelli è vicina.2500W，La perdita di commutazione del tubo è solo740W， È principalmente correlato alle condizioni di funzionamento dell'inverter. Più tardi, quando ne avrai l'opportunità, potrai parlare specificatamente di questo argomento, quindi non ne parlerò in questo numero.

Dopo un semplice calcolo, il consumo energetico totale di un singolo braccio del ponte a tre livelli è di 8,400 W, mentre il consumo energetico totale di queste tre fasi è di circa 25 kW. Questa perdita di potenza è ancora molto elevata, ma in questo momento anche la potenza di uscita dell'inverter è molto elevata, quasi 3 MW. Guardandosi intorno, sembra che in casa non esistano elettrodomestici così grandi. All'improvviso ho pensato di aver pagato la bolletta della luce qualche tempo fa. Ho guardato l'elenco. La bolletta elettrica media mensile è di 200 kWh e la bolletta elettrica è di 100 yuan, quindi sono circa 7 kWh al giorno in 3.5 yuan. Questo consumo di elettricità dovrebbe essere rappresentativo della maggior parte delle famiglie. Se l'inverter sopra menzionato funziona a pieno carico, a quanti utenti corrisponderà il consumo di elettricità del calore generato dall'IGBT? Quanto viene sprecata la bolletta elettrica in un giorno? Gli amici interessati possono calcolare da soli. Ecco direttamente la risposta: 89 famiglie, 312 yuan. Sei sorpreso? È quasi energia elettrica sufficiente per gli utenti di un edificio. Oh, alcuni amici hanno ricordato che dovrebbe essere calcolato in base alla bolletta elettrica industriale. Bene, il prezzo è più alto. . .

 Alcuni dei casi sopra riportati sono solo semplici dati di simulazione, e c'è ancora un certo divario tra essi e l'applicazione effettiva. Non siate troppo seri, prendeteli come scienza divulgativa. Tuttavia, non è difficile scoprire quanto sia critica la dissipazione del calore degli IGBT. Se una quantità di calore così elevata non viene gestita correttamente, può essere pericolosa. . .

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