Classificações IGBT, não entendo como isso é possível

Encontrei o IXGX400N30A3 na Digikey . A folha de dados diz que o dispositivo é classificado para 400A @ 25C, 1200A @ 25C por 1ms, com uma voltagem de 300V e PD de 1000W.

Mesmo? Este pacote TO-264 pode controlar 400A de corrente o dia inteiro? Posso colocar um curto-circuito no meu soldador TIG no modo DC? Como esses leads transportam 400A de corrente?

Esse dispositivo tem uma resistência muito baixa térmica da junção para o caso, = 0,125 ° C / W (max), o que significa que, para cada watt dissipado, a junção será apenas 0,125 ºC (max) acima da temperatura caso . Assim, por exemplo, para I C = 300 A, V G E = 15 V e T J = 125 ºC (ver Fig. 2) V C E será de apenas 1,55 V. Essa é uma potência de P = 300 · 1,55 = 465 W sendo dissipado (sim, mais do que alguns aquecedores elétricos). Portanto, a junção será 465 · 0,125 = 58,125 ºC (máx) acima da temperatura da caixa, que é um diferencial muito baixo, para essa dissipação maciça.$R_{thJC}$$I_C$$V_{GE}$$T_J$$V_{CE}$

No entanto, para que a temperatura da junção não exceda seu limite (de 150 ºC), a resistência térmica da caixa ao ambiente, , que depende do dissipador de calor usado, também deve ser muito baixa, pois caso contrário a temperatura do gabinete aumentaria bem acima da temperatura ambiente (e a temperatura da junção está sempre acima dela). Em outras palavras, você precisa de um dissipador de calor muito bom (com um R t h muito baixo ), para poder executar esta criatura a 300 A.$R_{thCA}$$R_{th}$

A equação térmica é:

com

$T_J$ : Temperatura da junção [ºC]. Tem que ser <150 ºC, de acordo com a folha de dados. : Dissipação de energia [W]. : Resistência térmica da junção ao gabinete [ºC / W]. Este é 0,125 ºC / W (máx), de acordo com a folha de dados. : Resistência térmica da caixa ao ambiente [ºC / W]. Isso depende do dissipador de calor usado. : Temperatura ambiente [ºC].
$P_D$
$R_{thJC}$
$R_{thCA}$
$T_A$

Por exemplo, em uma temperatura ambiente de 60 ºC, se você deseja dissipar 465 W, o dissipador de calor deve ser tal que seja no máximo 0,069 ºC / W, o que implica uma superfície muito grande em contato com o ar e / ou resfriamento forçado.$R_{thCA}$

Em relação aos terminais, as dimensões aproximadas de sua parte mais fina são (L-L1) · b1 · c. Se eles fossem feitos de cobre (apenas uma aproximação), a resistência de cada um seria:

$R_{min}$ = 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$

Em = 300 A, cada um deles se dissiparia entre 13,6 e 30,5 W (!). Isso é muito. Duas vezes (para C e E) podem chegar a 13% dos 465 W dissipados (neste exemplo) no próprio IGBT. Mas, geralmente, você as soldará para que a parte mais fina seja menor que (L-L1).$I_C$

Claro, é possível. No entanto, considere que o número '400A a 25 ° C' se baseia em um de 25 ° C, e não na temperatura do ar. T C é a temperatura da caixa. Em 400A, a tensão no dispositivo, V C E ( s a t ) , pode ser de 1,70 V. A 400A, é uma dissipação de energia de 680 W. Você precisará de um dissipador de calor robusto, o que pode não ser fisicamente possível, especialmente se a temperatura ambiente for 25 ° C. $T_C$$T_C$$V_{CE(sat)}$

Quanto aos condutores que transportam essa corrente, o desenho cotado diz que eles têm pelo menos 2,21 mm de largura e 0,43 mm de espessura. Essa é uma área de seção transversal de cerca de 1 mm quadrado, equivalente a um fio de bitola 17. Meu gráfico de referência diz que 100A fará com que um segmento longo dessa espessura de fio (circular, não isolado) derreta em 30 segundos. Obviamente, esses leads não serão segmentos longos, eles serão conectados a aviões de cobre com dissipação de calor. Mas mesmo assim, isso está pressionando bastante.

O que você aprendeu dessa análise? Não confie na primeira página de uma folha de dados! Você também pode ignorar com prazer qualquer tabela marcada como "Máximo absoluto". Você não tem garantia de um dispositivo funcional ou de um design implementável se cortejar esses números. Meus professores sempre disseram que essas páginas são compiladas pelo departamento de marketing, não pelo departamento de engenharia. Nesse caso, a tabela da qual você obteve esse número está marcada como "Classificação máxima". Não projete seu dispositivo para funcionar próximo a esses números. Em vez disso, role para baixo até os gráficos de características e parâmetros operacionais padrão (o último não está nesta folha de dados, mas em outras) e projete com base nisso. Determine quanta corrente sua placa de circuito impresso ou fios pode suportar e quanta capacidade de dissipador de calor você pode adicionar,

Você mencionou que estava no Digikey; Suponho que você deu uma volta errada e foi procurar uma peça de alta corrente no grupo 'Discrete Semiconductor Products', seção IGBTS - single . Esta seção é para componentes montados em PCB. As realidades da fabricação de PCB (solda, espessura de cobre, dissipador de calor) limitarão os valores praticamente alcançáveis ​​aqui. Se você deseja obter coisas realmente de alta corrente, vá para 'Módulos Semicondutores', é onde estão localizadas as peças montadas no chassi, conectadas a fios grossos. A seção IGBTs contém componentes como este animal , mostrados com um lápis para escala (emprestado da Wikipedia):

Esse dispositivo pode realmente suportar 3300 e 1200 A; é 190 por 140mm em vez de um pequeno dispositivo de montagem em PCB. Também existem muitos dispositivos menores e mais razoáveis.

Uma resposta curta: você não faz 400A e 300V ao mesmo tempo, pelo menos não por muito tempo.

O dispositivo passa quase nenhuma corrente quando está desligado e dissipa muito pouca energia quando está desligado. O dispositivo incorre em pouquíssima queda de tensão ao conduzir no estado ligado e, portanto, dissipa uma quantidade controlável de calor nesse estado.

A principal queimadura ocorre ao mudar entre as duas condições. Provavelmente, o pior caso é ligar uma carga como um motor grande; a corrente de irrupção para acionar um motor pode durar frações significativas de segundo, durante as quais é possível desenvolver muito calor.

Porque você vê as coisas; e você diz: 'Por quê?' Mas B. Jayant Baliga sonha com coisas que nunca foram; e diz: 'Por que não?' "

Mas, falando sério, os cabos têm uma resistência muito baixa, portanto não geram muito calor. Eu acho que existem muitas seções bjt em paralelo no dispositivo real para diminuir a resistência também.