สวัสดีทุกคน ฉันไม่ได้อัพเดทบทความของฉันมานานแล้ว ในด้านหนึ่ง ฉันยุ่งกับงานของฉัน และฉันก็ขี้เกียจจริงๆ ตามสถิติ เวลาเฉลี่ยที่ฉันใช้โทรศัพท์มือถือหลังเลิกงานทุกวันคือเกือบสองชั่วโมง มันน่าเสียดาย ในฐานะชายหนุ่มที่คิดบวกและมีแนวโน้ม ฉันจะยอมให้ตัวเองตกต่ำแบบนี้ได้อย่างไร? ดังนั้นฉันจึงเลิกเล่นโทรศัพท์มือถือและเขียนบทความวิทยาศาสตร์ยอดนิยมต่อไป!

นี้ระยะเวลามาคุยกันเถอะIGBTกระจายอำนาจมักได้ยินเพื่อนถามIGBTกระแสสูงสุดที่วิ่งได้คือเท่าไร? ความถี่ในการสวิตชิ่งสามารถสูงแค่ไหน? จริงๆแล้วใช่IGBTใครก็ตามที่รู้บางอย่างเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ควรรู้ว่าไม่มีทางที่จะให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและเป็นปริมาณของปัญหาเหล่านี้IGBTความถี่ในการสวิตชิ่งและกระแสไฟขาออกของอุปกรณ์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการกระจายความร้อนของอุปกรณ์ ตราบใดที่การกระจายความร้อนยังดีเพียงพอ ให้ใส่IGBTความร้อนที่เกิดขึ้นสามารถถูกกำจัดออกไปได้ทันเวลา จากนั้นคุณก็สามารถทำได้”โอเวอร์คล็อก”。เหตุผลที่ผู้ผลิตไฟฟ้าเรียกหลอดบางหลอดว่าหลอดเร็วก็เพราะว่ามันได้รับการปรับให้เหมาะสมIGBTความเร็วในการเปลี่ยนช่วยลดการสูญเสียการสลับที่IGBTการใช้พลังงานของการกระจายความร้อนระหว่างการทำงานคือเท่าไร?บางทีคุณอาจไม่มีแนวคิดที่เข้าใจง่ายนัก วันนี้เราจะมารวมเครื่องใช้ในครัวเรือนบางส่วนและIGBTลองดูการเปรียบเทียบการใช้พลังงานในแนวนอน

ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักกับการสูญเสีย IGBT กันอย่างคร่าวๆIGBTการสูญเสียส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นการสูญเสียการสลับและการสูญเสียการนำสองส่วน. การสูญเสียจากการสวิตชิ่งแบ่งออกเป็นการสูญเสียการเปิดและการสูญเสียการปิดเนื่องจากการใช้งาน IGBT ส่วนใหญ่โหลดอุปนัยในกระบวนการเปิดเครื่อง กระแสคอลเลกเตอร์จะเพิ่มขึ้นก่อน จากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะลดลง ในทางกลับกัน สำหรับสถานะชั่วคราวขณะปิดเครื่อง แรงดันไฟฟ้าคอลเลกเตอร์ของ IGBT จะเพิ่มขึ้นก่อน จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะลดลง ดังนั้นIGBTกระบวนการสวิตชิ่งแรงดันและกระแสก็จะมีส่วนที่ทับซ้อนกัน，ในกระบวนการนี้ แรงดันและกระแสมีทั้งค่าบวก และกำลังคูณด้วยค่าเหล่านั้นก็เป็นค่าบวกด้วย ดังนั้นปลดปล่อยพลังงานแม้ว่า IGBT จะเป็นสวิตช์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็แตกต่างจากสวิตช์กลไกเมื่อทำการดำเนินการ และจะมีแรงดันไฟตกหลายโวลต์ ดังนั้นจึงทำให้เกิดการสูญเสียในระดับหนึ่ง ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียการนำไฟฟ้า

สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่IGBTจะมีไดโอดอยู่ข้างใน แม้ว่าไดโอดจะเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟ แต่เนื่องจากบัดดี้ที่อยู่ข้างๆ เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่ง เขาทำไม่ได้และทำไม่ได้เอาใจใส่การยกระดับศีลธรรมของตนเองโดยไม่คิดถึงผู้อื่น.IGBT เปิดเร็วแค่ไหน ปิดเร็วแค่ไหน，อย่างไรก็ตาม ลักษณะของวัสดุโดยธรรมชาติกำหนดว่าคุณไม่มีความสามารถในการปิดในขณะนั้น ดังนั้นไดโอดจะรับแรงดันย้อนกลับและกระแสย้อนกลับในเวลาเดียวกันในระยะเวลาอันสั้น ในเวลานี้กำลังคูณของทั้งสองนั้นเป็นค่าบวก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปล่อยพลังงานออกมาด้วย การเปิดไดโอดไปข้างหน้าจะทำให้เกิดการสูญเสียบ้าง แต่จะน้อยกว่าการสูญเสียการปิดเครื่อง ดังนั้นการสูญเสียการสลับของไดโอดส่วนใหญ่หมายถึงการสูญเสียการปิดเครื่อง ในเวลาเดียวกัน การปิดแบบย้อนกลับต้องใช้เวลาในการกู้คืน ดังนั้นการสูญเสียการสลับของไดโอดจึงเรียกว่าการสูญเสียการกู้คืนแบบย้อนกลับ ผลรวมของไดโอดIGBTในทำนองเดียวกัน แม้ว่าจะมีการนำวิธีการมอดูเลตสื่อกระแสไฟฟ้ามาใช้เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าโดยตรง แต่ก็ยังยังคงมีอยู่1-2Vแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าของไดโอดไม่สามารถละเลยได้ภายใต้กระแสไฟฟ้าสูง ซึ่งเป็นการสูญเสียการนำไฟฟ้าของไดโอด ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะคิดถึงไดโอด ไม่เพียงแต่ภายใต้ความกดดันของพี่ใหญ่ที่อยู่ข้างๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุใหม่ๆ ด้วยซีซีความเสี่ยงในการเปลี่ยนไดโอดแสดงให้เห็นว่าความต้านทานการบีบอัดของไดโอดนั้นไม่ธรรมดาเช่นกัน - - มันนอกเรื่องนิดหน่อย ต่อไป. - -

หลังจากทราบถึงการสูญเสียการสลับ IGBT แล้ว มาดูอีกครั้งIGBTการคำนวณการสูญเสีย ที่นี่ Lao Geng ต้องการแสดงอัลกอริทึมที่ยอดเยี่ยมให้คุณดู โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ทุกคนก่อนIGBTความสุรุ่ยสุร่ายและพลังและพลังงานมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในความสัมพันธ์ ในที่นี้ เราใช้โมดูล 1700V 1400A ของ Infineon เป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายง่ายๆ โดยมีหมายเลขรุ่นเป็นFF1400R17IP4.เพื่อนตัวน้อยที่อ่านเนื้อหาที่ผ่านมาอาจถามเหลาเกิงว่าทำไมคุณถึงเอาท่อนี้มาเป็นตัวอย่างเสมอ จำคำศัพท์ไว้ว่าฉันมีพลังสูงและสิ่งแรกที่ฉันสัมผัสคือโมดูลนี้ ฉันมีความรู้สึกลึกซึ้งกับโมดูลนี้ ลองมาดูความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันระหว่างการสูญเสียการสลับและกระแสของโมดูลนี้ ดังแสดงในรูปต่อไปนี้：

จะเห็นได้ว่าเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นIGBTการสูญเสียการสวิตชิ่งจะมีมากขึ้น และการสูญเสียยังเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิด้วย เกี่ยวกับ1400Aโมดูลที่มีการระบายความร้อนที่ดีสามารถทำงานได้800A，มาเริ่มกันที่800Aตัวอย่างเช่นการค้นหาจากรูปด้านบนนั้นไม่ใช่เรื่องยากIGBT在125℃ 800Aภายใต้กระแสการเปิด-ปิดแต่ละครั้งนั้นคือ280 ม，หน่วยยังสามารถเป็นได้เมกะวัตต์，การสูญเสียการปิดเครื่องคือ420 ม，จากนั้นการสูญเสียการสวิตชิ่งทั้งหมดต่อครั้งคือ700 ม.สมมติIGBTความถี่ในการสลับของคือ2kHz,IGBT 1s จะสร้างความร้อนได้ 700mJ *2000 = 1400J ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้ไฟฟ้า 1.4 กิโลวัตต์ชั่วโมงในหนึ่งชั่วโมง การผลิตไฟฟ้า 1s นี้1400Jเท่ากับกำลังของอุปกรณ์ไฟฟ้าเท่าไร? หลังจากการแปลงอย่างง่าย ก็จะสามารถเทียบเท่ากับ a1400WOld Geng มองไปรอบๆ เครื่องใช้ในครัวเรือน พบว่ากาต้มน้ำร้อนมีไอน้ำ และมองไปที่แบรนด์ที่มีชื่อเสียง1500W,บังเอิญ มันคล้ายกับการใช้พลังงานของโมดูล

เพื่อนบางคนอาจบอกว่าคุณไม่เป็นมืออาชีพเกินไป คุณจะทำเช่นนั้นได้อย่างไร? ใช่ การคำนวณข้างต้นไม่มีความหมายเลยจริงๆ เนื่องจากแยกจากการใช้งานจริง และในขณะเดียวกัน ก็ไม่ได้คำนึงถึงการสูญเสียการนำไฟฟ้า การสูญเสียไดโอด และอื่นๆ ด้วย จุดประสงค์หลักของเหลาเกิงคือการเผยแพร่วิทยาศาสตร์ให้กับทุกคนและพลังและพลังงานความแตกต่างตราบใดที่คุณรู้สึกว่ามีบางอย่างที่จะได้รับ ในความเป็นจริงIGBTสูตรการคำนวณการสูญเสียมีความซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของวงจร ตัวประกอบกำลังPWMการปรับและอื่น ๆ มีแหล่งข้อมูลออนไลน์มากมายสำหรับสูตรการคำนวณโดยละเอียด คุณสามารถค้นหาได้ด้วยตัวเอง และส่วนใหญ่มาจากเอกสารของ Infineon”โปรแกรมการกำหนดขนาด IPOSIM สำหรับการคำนวณการสูญเสียและความร้อนของโมดูล Infineon IGBT”，หากไม่พบคุณสามารถติดต่อเหลาเกิงได้เช่นกัน ข้อมูลการติดต่อมีอยู่ในอดีต ข้อมูลต่อไปนี้อ้างอิงจาก Infineonไอโพซิมโดยทั่วไปแล้วซอฟต์แวร์จำลองจะใช้ได้สองวิธีIGBTสำหรับตัวอย่างการกระจายพลังงานของอินเวอร์เตอร์ โปรดดูIGBTขาดทุนตอนทำงานขนาดไหน?

ขณะนี้ยานพาหนะไฟฟ้าพลังงานใหม่กำลังได้รับความนิยมอย่างมาก มาดูตัวอย่าง Infineon HP Drive module FS820R08A6P2B กันดีกว่า นี่คือโมดูลพลังงานยานยนต์ 6 ยูนิต ตามที่เพื่อน ๆ มีส่วนร่วมในพลังงานใหม่โมดูลนี้ใช้ใน Weilai, Geely และ GM Buick และเป็นผลิตภัณฑ์ระดับดาว โมดูลนี้มีแรงดันไฟฟ้า 750V กระแสไฟฟ้า 820A และมี IGBT อยู่ภายใน 6 ตัว กำลังขับของไดรเวอร์ที่ทำจากโมดูลนี้สามารถสูงถึง 200kW ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ภาพของโมดูลและวงจรภายในแสดงไว้ในรูปต่อไปนี้:

Infineon IPOSIM ใช้สำหรับการจำลองกำลังไฟฟ้าอย่างง่าย ภายใต้สภาวะแรงดันแบตเตอรี่ 400V วงจรเอาต์พุต 500A และความถี่สวิตชิ่ง 8kHz กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปของ IGBT ตัวเดียวคือ 500W และกำลังไฟฟ้าของโมดูลทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 3000W เกิงมองไปรอบๆ เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านอีกครั้ง และพบว่าพลังของเครื่องทำน้ำอุ่นสำหรับอาบน้ำอยู่ที่เพียง 3000W W ช่างบังเอิญจริงๆ เวลานี้คงมีเพื่อนบางคนพูดว่า ลาวเกิง คิดได้ไงเนี่ย? ฮ่าๆ คุณก็รู้ . . เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าโมดูลขนาดเท่าฝ่ามือสามารถสร้างการใช้พลังงานได้มากในขณะทำงาน

กำลังระบายความร้อนของโมดูลข้างต้นไม่น้อยเลย ลองสร้างโมดูลขนาดใหญ่ขึ้น โดยยกตัวอย่างอินเวอร์เตอร์กำลังสูงสามระดับแรงดันปานกลาง 3300V มาใช้ อินเวอร์เตอร์นี้ใช้โมดูลแพ็คเกจ IHV 4500AV 1200A ที่มีกระแสเอาต์พุต 500A ต้องใช้โมดูล IGBT ทั้งหมด 12 โมดูล และไดโอด 6 ตัวสำหรับทั้งสามระดับ ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

ที่แรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งของบัส2800V,กระแสไฟขาออก500A, การสลับความถี่1kHzข้อมูลการจำลองแสดงไว้ด้านล่าง และจะเห็นได้ว่าการสูญเสียการสลับของท่อด้านนอกสามระดับอยู่ใกล้กัน2500W，การสูญเสียการสลับของท่อเป็นเพียงเท่านั้น740W，ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสภาพการทำงานของอินเวอร์เตอร์ ต่อมาเมื่อมีโอกาสก็คุยเฉพาะประเด็นนี้ได้เลย ผมจะไม่พูดถึงในประเด็นนี้ครับ

หลังจากการคำนวณอย่างง่าย การใช้พลังงานรวมของแขนบริดจ์สามระดับเดี่ยวคือ 8,400 W และการใช้พลังงานรวมของทั้งสามเฟสจะอยู่ที่ประมาณ 25kW การสูญเสียพลังงานยังคงมีขนาดใหญ่มาก แต่ในเวลานี้ กำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ก็มีขนาดใหญ่มากเช่นกัน เกือบ 3MW เมื่อมองไปรอบ ๆ ดูเหมือนว่าไม่มีเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ในบ้าน จู่ๆฉันก็คิดว่าฉันเพิ่งจ่ายค่าไฟไปเมื่อไม่นานมานี้ ฉันดูรายการแล้ว ค่าไฟฟ้าเฉลี่ยต่อเดือนอยู่ที่ 200 kWh และค่าไฟฟ้าอยู่ที่ 100 หยวน ดังนั้นจะอยู่ที่ประมาณ 7 kWh ต่อวันใน 3.5 หยวน อัตราการใช้ไฟฟ้านี้น่าจะเทียบเท่ากับครัวเรือนส่วนใหญ่ หากอินเวอร์เตอร์ที่กล่าวถึงข้างต้นทำงานเต็มกำลัง ความร้อนที่เกิดจาก IGBT จะเทียบเท่ากับการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้กี่คน ค่าไฟเสียไปเท่าไหร่ในหนึ่งวัน? เพื่อนๆที่สนใจสามารถคำนวณเองได้ นี่คือคำตอบโดยตรง: 89 ครัวเรือน 312 หยวน คุณแปลกใจไหม? ไฟฟ้าเกือบเพียงพอสำหรับผู้ใช้อาคาร อ่อ เพื่อนบางคนเตือนว่าควรคำนวณตามบิลค่าไฟฟ้าอุตสาหกรรม อืม ราคาก็สูงกว่านะ . .

 กรณีข้างต้นบางกรณีเป็นเพียงข้อมูลจำลองง่ายๆ และยังคงมีช่องว่างระหว่างข้อมูลเหล่านั้นกับการใช้งานจริงอยู่บ้าง อย่าซีเรียสเกินไป เชื่อเถอะว่ามันเป็นวิทยาศาสตร์ที่แพร่หลาย อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เรื่องยากที่จะรู้ว่าการระบายความร้อนของ IGBT มีความสำคัญเพียงใด หากความร้อนปริมาณมากขนาดนี้ไม่ได้รับการจัดการอย่างดี ก็จะเป็นอันตรายได้ . .

โอเค มาแชร์กันที่นี่วันนี้เลย หากมีสิ่งผิดปกติกับเนื้อหาข้างต้น โปรดวิพากษ์วิจารณ์และแก้ไขฉันด้วย! หากคุณรู้สึกว่าคุณได้รับบางสิ่งบางอย่าง โปรดช่วยกดไลค์และส่งต่อ เพื่อให้ผู้คนที่ต้องการเห็นบทความนี้มากขึ้น ขอบคุณ!หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง โปรดค้นหา "เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังของ Dr. Geng" ของบัญชีอย่างเป็นทางการของ WeChat บน WeChat ซึ่งจะอัปเดตทุกสัปดาห์เพื่อนำคุณไปสู่มหาสมุทรแห่งเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง!รูปภาพบางส่วนมาจากอินเทอร์เน็ต หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อผู้เขียนเพื่อลบออก!