Precisa de ajuda para entender e interpretar as folhas de dados IGBT

Quando se trata de controle do motor, entendo que temos a opção de usar MOSFETs ou IGBTs discretos. Além disso, existem alguns produtos no mercado em que 6 IGBTs são colocados em um único pacote, como GB25XF120K . (Aqui está outra parte de exemplo, da Infineon: FS75R06KE3 )

No entanto, não sei como comparar e contrastar esta solução com o uso de 6 MOSFETs discretos, em termos de:

• Velocidade de comutação
• Dissipação de energia (estática; qual é o equivalente IGBT I ²  * R _{DS, ativado} ?)
• Dissipação de energia (comutação)
• Arrefecimento (por que não há resistência térmica da junção ao ambiente publicada?).
• Circuito de acionamento de portão

Além disso, todas as fontes que li sobre o assunto "recomendam" IGBTs para altas tensões (> 200V), mas elas realmente não entram em detalhes. Por isso, faço a pergunta novamente, talvez um pouco diferente: Por que eu não gostaria de usar um IGBT para - como exemplo - um motor CC sem escova de 48V?

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Os IGBTs se tornam as partes de escolha quando você deseja alternar altas correntes em altas tensões. Sua vantagem é uma queda de tensão razoavelmente constante (V _{CE, sat} ) versus a resistência do MOSFET (R _{DS, ativado} ). Vamos conectar as propriedades características dos respectivos dispositivos responsáveis ​​pelas perdas de energia estática em duas equações para obter uma melhor visão (estática significa que estamos falando de dispositivos que estão ligados o tempo todo, consideraremos mudar as perdas posteriormente).

_Perda P _{, IGBT}  = I * V _{CE, sentado}

_Perda P _{, MOSFET}  = I ²  * R _{DS, em}

Você pode ver que, com a corrente crescente, as perdas em um IGBT aumentam de maneira linear e as em um MOSFET aumentam com uma potência de dois. Em altas tensões (> = 500 V) e em altas correntes (talvez> 4 ... 6 A), os parâmetros comumente disponíveis para V _{CE, sat} ou R _DS, informam que um IGBT terá menores perdas de energia estática em comparação para um MOSFET.

Em seguida, é necessário considerar as velocidades de comutação: durante um evento de comutação, ou seja, durante a transição do estado desligado de um dispositivo para o estado ligado e vice-versa, há um breve período em que você tem uma voltagem relativamente alta no dispositivo ( V _CE ou V _DS ) e a corrente flui através do dispositivo. Como a energia é a tensão vezes a corrente, isso não é uma coisa boa e você deseja que esse tempo seja o mais curto possível. Por sua natureza, os MOSFETs alternam muito mais rapidamente em comparação aos IGBTs e terão perdas de comutação médias mais baixas. Ao calcular a dissipação de energia média causada pelas perdas de comutação, é importante observar a frequência de comutação de seu aplicativo em particular - ou seja: com que frequência você coloca seus dispositivos no período de tempo em que eles não estarão totalmente ligados (V _CEou V _DS quase zero) ou desligado (corrente quase zero).

Em suma, os números típicos são que ...

Os IGBTs serão melhores em

• comutação de frequências abaixo de 10 kHz
• tensões acima de 500 ... 800 V
• correntes médias acima de 5 ... 10 A

Essas são apenas algumas regras práticas e é definitivamente uma boa idéia usar as equações acima com os parâmetros reais de alguns dispositivos reais para obter uma sensação melhor.

Nota: Os conversores de frequência para motores geralmente têm frequências de comutação entre 4 ... 32 kHz, enquanto as fontes de alimentação comutadas são projetadas com frequências de comutação> 100 kHz. As frequências mais altas têm muitas vantagens em alternar fontes de alimentação (magnéticos menores, menores correntes de ondulação) e a principal razão pela qual elas são possíveis hoje é a disponibilidade de MOSFETs de energia muito melhorados a> 500 V. A razão pela qual os motoristas ainda usam 4 .. 0,8 kHz é porque esses circuitos normalmente precisam lidar com correntes mais altas e você projeta tudo em torno de IGBTs de comutação lenta.

E antes que eu esqueça: Acima de aproximadamente 1000 V, os MOSFETs simplesmente não estão disponíveis (quase, ou ... sem custo razoável; [edit:] SiC pode se tornar uma opção razoavelmente razoável em meados de 2013 ). Portanto, em circuitos que exigem a classe de dispositivos de 1200 V, você só precisa usar IGBTs, principalmente.