Herkese merhaba, uzun zamandır yazılarımı güncellemiyordum. Bir yandan işimle meşgulüm ve gerçekten tembelim. İstatistiklere göre her gün işten sonra cep telefonumda geçirdiğim ortalama süre neredeyse iki saat. Çok yazık. Olumlu ve gelecek vaadeden bir genç olarak kendimin bu şekilde düşmesine nasıl izin verebilirim? Bu yüzden cep telefonumu bıraktım ve popüler bilim makaleleri yazmaya devam ettim!

BudönemSohbet edelimIGBTGücü dağıtın, sık sık arkadaşlarınızın sorduğunu duyunIGBTÇalışabilecek maksimum akım nedir? Anahtarlama frekansı ne kadar yüksek olabilir? Aslında evet.IGBTUygulama konusunda bilgisi olan herkesin bu sorunların doğru ve niceliksel sonuçlarını vermenin mümkün olmadığını bilmesi gerekir.IGBTCihazın anahtarlama frekansı ve çıkış akımı esas olarak cihazın ısı dağılımına bağlıdır. Isı dağılımı yeterince iyi olduğu sürece,IGBTÜretilen ısı zamanla ortadan kaldırılabilir, o zaman bunu yapabilirsiniz.”Overclock”。Güç üreticilerinin bazı tüpleri hızlı tüpler olarak adlandırmasının nedeni, bunların optimize edilmiş olmasıdır.IGBTAnahtarlama hızı anahtarlama kaybını azaltır.oIGBTÇalışma sırasında ısı yayılımının güç tüketimi nedir?Belki çok sezgisel bir konseptiniz yoktur. Bugün bazı ev aletlerini birleştireceğiz veIGBTGüç tüketiminin yatay karşılaştırmasına bir göz atın.

Öncelikle IGBT kaybını kısaca açıklayalım.IGBTKayıp esas olarak şu şekilde bölünmüştür:Anahtarlama kaybı ve iletim kaybıİki parça. Anahtarlama kayıpları ikiye ayrılırAçma kaybı ve kapatma kaybıÇünkü IGBT'nin çoğu uygulamasıEndüktif yükAçma işlemi sırasında, kollektör akımı önce yükselir, ardından voltaj düşer. Buna karşılık, kapatma geçiş durumunda, IGBT'nin kollektör voltajı önce yükselir, ardından akım düşer, böyleceIGBTAnahtarlama işlemi, voltaj ve akımÖrtüşen kısım，Bu süreçte gerilim ve akımın her ikisi de pozitiftir ve bunların çarptığı güç de pozitiftir, yanienerji salIGBT bir güç elektroniği anahtarı olmasına rağmen, iletim sırasında mekanik anahtardan farklı olarak, birkaç voltluk bir voltaj düşüşü meydana gelir ve bu nedenle iletim kaybı adı verilen belirli bir kayba da neden olur.

Çoğu endüstriyel uygulama için,IGBTİçinde bir diyot olacak. Diyot pasif bir cihaz olmasına rağmen yanındaki arkadaş anahtarlama cihazı olduğu için yapamıyor ve yapamıyor.Başkalarını düşünmeden kendi ahlaki gelişiminize dikkat edin.IGBT ne kadar hızlı açılıyor, ne kadar hızlı kapanıyor.，Ancak, doğuştan gelen malzeme özellikleri, o anda kapanma yeteneğinizin bulunmadığını belirler, böylece diyot kısa sürede ters voltajı ve ters akımı aynı anda taşıyacaktır. Bu zamanda ikisinin çarpımı pozitiftir, dolayısıyla enerjiyi de serbest bırakması gerekir. Diyotun ileriye doğru açılması da bir miktar kayba neden olacaktır, ancak bu, kapanma kaybından daha küçüktür, dolayısıyla diyotun anahtarlama kaybı esas olarak kapanma kaybını ifade eder. Aynı zamanda ters kapanma belirli bir toparlanma süresi gerektirir, dolayısıyla diyotun anahtarlama kaybına ters toparlanma kaybı da denir. Diyotların toplamıIGBTBenzer şekilde, doğrudan voltajı azaltmak için iletkenlik modülasyonu yöntemi benimsense de, hala1-2VDiyotun iletim kaybı olan yüksek akım altında diyotun ileri gerilim düşüşü göz ardı edilemez. Sadece yanındaki büyük ağabeyin baskısı altında değil, aynı zamanda yeni malzemelerle de diyotları düşünmek kolay değil.SiCDiyotun değiştirilmesi riski, diyotun sıkıştırma direncinin de olağanüstü olduğunu göstermektedir. . . Biraz konu dışı. Devam et. . .

IGBT anahtarlama kaybını öğrendikten sonra tekrar bakalım.IGBTKayıp hesaplaması, burada Lao Geng size harika bir algoritma göstermek istiyor, amaç herkesin ilk önce olmasını sağlamaktır.IGBTdağıtmaVe güç ve enerjiİlişkiyi derinlemesine anlayın. Burada basit bir anlatım için örnek olarak Infineon'un 1700V 1400A modülünü model numarasıyla birlikte ele alıyoruz.FF1400R17IP4。Geçmişteki içeriği okuyan küçük arkadaşlar, Lao Geng'e neden her zaman bu pipoyu örnek aldığınızı sorabilirler. Bir kelimeyi hatırlayın, ben yüksek güçle meşgulüm ve ilk temasa geçtiğim şey bu modül. Bu modüle karşı derin hislerim var. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, bu modülün anahtarlama kaybı ile akımı arasındaki ilgili ilişkiye bir göz atalım.:

Akım arttıkça görüleceği üzereIGBTAnahtarlama kaybı artar ve kayıp aynı zamanda sıcaklıkla da ilişkilidir. Bakımından1400Aİyi ısı dağılımına sahip modül,800A，O halde başlayalım800AÖrneğin yukarıdaki şekilden bunu öğrenmek hiç de zor değil.IGBT在125℃ 800AHer açma kaybının akımı altında280 mJ，Birim aynı zamandamW'ler，Kapanma kaybı420 mJ，Bu durumda zaman başına toplam anahtarlama kaybı700 mJ.sanmakIGBTAnahtarlama frekansı2kHz,IGBT'nin 1 saniyesi, 700 mJ * 2000 = 1400 J ısı üretecektir; bu da bir saatte tüketilen 1.4 kWh elektriğe eşdeğerdir. Bu 1 saniyelik üretim1400JElektrikli ekipmanın gücüne ne kadar eşdeğer? Basit dönüşümden sonra şuna eşdeğer olabilir:1400WYaşlı Geng ev aletlerine baktı, sıcak su ısıtıcısının buhar çıkardığını gördü ve ünlü markaya baktı.1500W，Tesadüfen, modülün güç tüketimine benzer.

Bazı arkadaşlar sizin fazla profesyonel olmadığınızı söyleyebilir. Nasıl yaparsın? Evet, yukarıdaki hesaplama gerçekten anlamsız çünkü pratik uygulamadan ayrılıyor ve aynı zamanda iletim kaybını, diyot kaybını vb. hesaba katmıyor. Lao Geng'in asıl amacı bilimi herkes için popüler hale getirmektir.Ve güç ve enerjiFark, kazanılacak bir şey olduğunu hissettiğiniz sürece. AslındaIGBTKayıp hesaplama formülü karmaşıktır ve devre topolojisi, güç faktörü,PWMModülasyon vb. Ayrıntılı hesaplama formülleri için birçok çevrimiçi kaynak vardır. Bunları kendiniz arayabilirsiniz ve çoğu Infineon'un bir belgesinden alınmıştır.“Infineon IGBT modüllerinin kayıp ve termal hesaplamaları için IPOSIM boyutlandırma programı”，Eğer bulamazsanız Lao Geng ile de iletişime geçebilirsiniz. İletişim bilgileri geçmişte mevcuttu. Aşağıdakiler Infineon'a dayanmaktadırIPOSIMSimülasyon yazılımı yaygın olarak iki şekilde kullanılır.IGBTİnvertör güç dağıtımının bir örneği için bir göz atın.IGBTÇalışırken kayıp ne kadar büyük?

Artık yeni enerjili elektrikli araçlar bu kadar popüler olduğuna göre Infineon HP Drive modülü FS820R08A6P2B'yi örnek alalım. Bu 6 üniteli bir otomotiv güç modülüdür. Yeni enerjiyle uğraşan arkadaşların ifadesine göre bu modül Weilai, Geely ve GM Buick'te kullanılıyor ve yıldız bir ürün. Bu modülün nominal voltajı 750 V, akımı 820 A'dir ve içinde 6 adet IGBT bulunur. Bu modülden üretilen sürücünün çıkış gücü 200 kW'a ulaşabilir; bu da binek araçlarda kullanıldığında tam bir avantajdır. Modülün ve iç devresinin resmi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:

Basit güç simülasyonu için Infineon IPOSIM kullanılmıştır. 400 V akü voltajı, 500 A çıkış devresi ve 8 kHz anahtarlama frekansı koşulları altında, tek bir IGBT'nin güç dağılımı 500 W, tüm modülün güç dağılımı ise yaklaşık 3000 W'dır. Geng tekrar ev aletlerine baktı ve banyo için kullanılan su ısıtıcısının gücünün sadece 3000W W olduğunu gördü. Ne tesadüf. Şu anda, "Lao Geng, nasıl bu kadar hesapçı olabiliyorsun?" diyen bazı arkadaşlar olmalı. Haha, biliyorsun. . . Avuç içi boyutunda bir modülün çalışırken bu kadar fazla güç tüketimi üretebileceğini hayal etmek zor.

Yukarıdaki modülün ısı yayılım gücü hiç de az değil. Büyük bir modül yapalım ve örnek olarak orta gerilim 3300V yüksek güçlü üç seviyeli invertörü ele alalım. İnvertör, 4500 A çıkış akımına sahip 1200AV 500A IHV paket modülünü kullanır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, üç seviye için toplam 12 IGBT modülü ve 6 diyot gereklidir:

Yarım bara voltajında2800V,çıkış akımı500A,frekans değiştirme1kHzSimülasyon verileri aşağıda gösterilmiştir ve üç seviyeli dış tüpün anahtarlama kaybının yakın olduğu görülmektedir.2500W，Tüpün anahtarlama kaybı sadece740W，Bu esas olarak invertörün çalışma durumuyla ilgilidir. Daha sonra fırsat buldukça bu konuyu spesifik olarak konuşabilirsiniz, o yüzden bu sayımızda bu konuya değinmeyeceğim.

Basit bir hesaplamayla, üç seviyeli tek bir köprü kolunun toplam güç tüketimi 8,400 W, bu üç fazın toplam güç tüketimi ise yaklaşık 25kW'dır. Bu güç kaybı hala çok büyük, ancak şu anda invertörün çıkış gücü de çok büyük, yaklaşık 3MW. Etrafa bakınca evde bu kadar büyük ev aletlerinin olmadığı görülüyor. Birden aklıma elektrik faturasını bir süre önce ödediğim geldi. Listeye baktım. Ortalama aylık elektrik faturası 200 kWh, elektrik faturası ise 100 yuan, yani 7 yuan ile günde yaklaşık 3.5 kWh oluyor. Bu elektrik tüketimi çoğu haneyi temsil etmelidir. Yukarıda bahsedilen invertör tam yükte çalışırsa, IGBT tarafından üretilen ısı kaç kullanıcının elektrik tüketimine eşdeğer olacaktır? Bir günde elektrik faturası ne kadar boşa gidiyor? İlgilenen arkadaşlar kendileri hesaplayabilirler. İşte doğrudan cevap: 89 hane, 312 yuan. Şaşırdın mı? Bu, bir binanın kullanıcıları için neredeyse yeterli elektriktir. Ah, bazı arkadaşlar endüstriyel elektrik faturasına göre hesaplanması gerektiğini hatırlattı. Peki, fiyat daha yüksek. . .

 Yukarıdaki örneklerden bazıları sadece basit simülasyon verileridir ve gerçek uygulama ile aralarında hala belirli bir fark vardır. Çok ciddiye almayın, bunu popüler bilim olarak kabul edin. Ancak, IGBT'nin ısı dağılımının ne kadar kritik olduğunu anlamak zor değildir. Bu kadar büyük miktarda ısı iyi yönetilmezse, tehlikeli olabilir. . .

Tamam, bugün burada paylaşalım. Yukarıdaki içerikte yanlış bir şey varsa lütfen beni eleştirin ve düzeltin! Eğer bir şeyler kazandığınızı düşünüyorsanız lütfen beğenin ve iletin ki bu yazı daha fazla ihtiyaç sahibi kişi tarafından görülsün. Teşekkür ederim!Güç elektroniği donanımı hakkında daha fazla bilgi edinmek için, lütfen sizi güç elektroniği teknolojisi okyanusuna götürmek üzere her hafta güncellenecek olan WeChat'teki "Dr. Geng'in Güç Elektroniği Teknolojisi" WeChat resmi hesabında arama yapın!Resimlerin bir kısmı internetten alınmıştır. Herhangi bir ihlal varsa, lütfen bunları silmek için yazarla iletişime geçin!