Cotes IGBT, je ne comprends pas comment cela est possible

J'ai trouvé l' IXGX400N30A3 chez Digikey. La fiche technique indique que l'appareil est évalué à 400A @ 25C, 1200A @ 25C pendant 1 ms, avec une tension nominale de 300V et PD de 1000W.

Vraiment? Ce package TO-264 peut contrôler 400A de courant toute la journée? Puis-je court-circuiter ma soudeuse TIG en mode DC? Comment ces fils transportent-ils même 400 A de courant?

Cet appareil a une très faible résistance thermique de la jonction au boîtier, = 0,125 ºC / W (max), ce qui signifie que, pour chaque watt dissipé, la jonction ne sera que de 0,125 ºC (max) au-dessus de la température du boîtier. Ainsi, par exemple, pour = 300 A, = 15 V et = 125 ºC (voir Fig. 2) ne sera que d'environ 1,55 V. C'est une puissance de P = 300 · 1,55 = 465 W dissipés (oui, plus que certains radiateurs électriques). Ainsi, la jonction sera de 465 · 0,125 = 58,125 ºC (max) au-dessus de la température du boîtier, qui est un très faible différentiel, pour cette dissipation massive. I C V G E T J V C $R_{thJC}$$I_C$$V_{GE}$$T_J$$V_{CE}$

Cependant, pour que la température de jonction ne dépasse pas sa limite (de 150 ºC), la résistance thermique du boîtier à la température ambiante, , qui dépend du dissipateur thermique utilisé, doit également être très faible, car sinon la la température du boîtier augmenterait bien au-dessus de la température ambiante (et la température de jonction est toujours au-dessus). En d'autres termes, vous avez besoin d'un très bon dissipateur de chaleur (avec un très faible ), pour pouvoir exécuter cette créature à 300 A. R t $R_{thCA}$$R_{th}$

L'équation thermique est:

avec

P D R t h J C R t h C A T $T_J$ : température de jonction [ºC]. Doit être <150 ºC, selon la fiche technique. : Dissipation de puissance [W]. : Résistance thermique de la jonction au boîtier [ºC / W]. C'est 0,125 ºC / W (max), selon la fiche technique. : Résistance thermique du boîtier à la température ambiante [ºC / W]. Cela dépend du dissipateur thermique utilisé. : Température ambiante [ºC].
$P_D$
$R_{thJC}$
$R_{thCA}$
$T_A$

Par exemple, à une température ambiante de 60 ºC, si vous souhaitez dissiper 465 W, le dissipateur thermique doit être tel que soit au maximum de 0,069 ºC / W, ce qui implique une très grande surface en contact avec l'air et / ou refroidissement forcé.$R_{thCA}$

En ce qui concerne les bornes, les dimensions approximatives de leur partie la plus mince sont (L-L1) · b1 · c. S'ils étaient en cuivre (juste une approximation), la résistance de chacun serait:

$R_{min}$ = 16,78e-9 * (19,79e-3-2,59e-3) / (2,59e-3 * 0,74e-3) = 151 = 16,78e-9 * ( 21,39e-3-2,21e-3) / (2,21e-3 * 0,43e-3) = 339$\mu\Omega$
$R_{max}$$\mu\Omega$

À = 300 A, chacun d'eux se dissiperait entre 13,6 et 30,5 W (!). C'est beaucoup. Deux fois (pour C et E) peuvent atteindre 13% des 465 W dissipés (dans cet exemple) à l'IGBT lui-même. Mais, généralement, vous les souderez de sorte que cette partie mince soit plus courte que (L-L1).$I_C$

Bien sûr, c'est possible. Cependant, considérez que le nombre «400A à 25 ° C» est basé sur une de 25 ° C, et non sur une température de l'air. T C est la température du boîtier. À 400 A, la tension aux bornes de l'appareil, V C E ( s a t ) , peut être de 1,70 V. À 400 A, c'est une dissipation de puissance de 680 W. Vous aurez besoin d'un dissipateur de chaleur lourd, ce qui peut ne pas être physiquement possible, en particulier si la température ambiante est de 25 ° C. $T_C$$T_C$$V_{CE(sat)}$

En ce qui concerne les fils transportant ce courant, le dessin coté indique qu'ils ont au moins 2,21 mm de large et 0,43 mm d'épaisseur. Il s'agit d'une section transversale d'environ 1 mm carré, ce qui équivaut à un fil de calibre 17. Mon tableau de référence indique que 100A fera fondre un long segment de cette épaisseur de fil (circulaire, non isolé) en 30 secondes. Bien sûr, ces fils ne seront pas de longs segments, ils seront connectés à des avions en cuivre dissipés par la chaleur. Mais même alors, cela pousse assez fort.

Qu'avez-vous appris de cette analyse? Ne faites pas confiance à la première page d'une fiche technique! Vous pouvez également ignorer avec plaisir toute table marquée "Maximum absolu". Vous n'êtes pas assuré d'un appareil fonctionnel ou d'une conception réalisable si vous courtisez ces chiffres. Mes professeurs ont toujours dit que ces pages sont compilées par le département marketing, pas le département d'ingénierie. Dans ce cas, la table à partir de laquelle vous avez obtenu ce numéro est marquée "Maximum Ratings". Ne concevez pas votre appareil pour qu'il fonctionne à proximité de ces chiffres. Au lieu de cela, faites défiler vers le bas pour les graphiques caractéristiques et les paramètres de fonctionnement standard (ce dernier n'est pas dans cette fiche technique, mais il le sera dans d'autres) et concevez en fonction de cela. Déterminez la quantité de courant que votre PCB ou vos fils peuvent gérer et la capacité de dissipateur thermique que vous pouvez ajouter,

Vous avez mentionné que vous étiez sur Digikey; Je suppose que vous avez pris un mauvais virage et que vous êtes allé chercher une pièce à courant élevé dans le groupe «Produits discrets à semi-conducteurs», section IGBTS - single . Cette section concerne les composants montés sur PCB. Les réalités de la fabrication de PCB (soudure, épaisseur de cuivre, dissipation thermique) limiteront ici les valeurs pratiquement réalisables. Si vous voulez obtenir des trucs vraiment à fort courant, allez dans 'Modules semi-conducteurs', c'est là que se trouvent les pièces montées sur châssis connectées à des fils épais. La section IGBT contient des composants comme cette bête , illustrés avec un crayon pour l'échelle (emprunté à Wikipedia):

Cet appareil peut réellement gérer 3300 et 1200 A; c'est 190 par 140 mm plutôt qu'un petit appareil monté sur PCB. Il existe également de nombreux appareils plus petits et plus raisonnables.

Une réponse courte: vous ne faites pas à la fois 400A et 300V en même temps, du moins pas très longtemps.

L'appareil ne transmet presque aucun courant lorsqu'il est éteint et dissipe très peu d'énergie lorsqu'il est éteint. L'appareil subit très peu de chute de tension lorsqu'il est conducteur à l'état passant, et dissipe ainsi une quantité contrôlable de chaleur dans cet état.

La brûlure majeure survient lors du changement entre les deux conditions. Le pire cas est probablement de démarrer avec une charge comme un gros moteur; le courant d'appel pour faire tourner un moteur peut durer des fractions de seconde importantes, pendant lesquelles beaucoup de chaleur peut se développer.

Parce que vous voyez des choses; et vous dites: "Pourquoi?" Mais B. Jayant Baliga rêve de choses qui n'ont jamais existé; et dit: "Pourquoi pas?" "

Mais sérieusement, les fils ont une très faible résistance, donc ils ne génèrent pas beaucoup de chaleur. Je pense qu'il y a de nombreuses sections bjt en parallèle dans le périphérique réel pour réduire la résistance à la tension très bas également.