Calificaciones IGBT, no entiendo cómo esto es posible

Encontré el IXGX400N30A3 en Digikey. La hoja de datos dice que el dispositivo está clasificado para 400A @ 25C, 1200A @ 25C durante 1 ms, con una tensión nominal de 300V y PD de 1000W.

De Verdad? ¿Este paquete TO-264 puede controlar 400 A de corriente durante todo el día? ¿Puedo poner en cortocircuito mi soldador TIG con él en modo DC? ¿Cómo llevan esos cables incluso 400 A de corriente?

Ese dispositivo tiene una resistencia térmica muy baja desde la unión a la carcasa, = 0.125 ºC / W (máx.), Lo que significa que, por cada vatio disipado, la unión solo será de 0.125 ºC (máx.) Por encima de la temperatura de la carcasa. Entonces, por ejemplo, para = 300 A, = 15 V y = 125 ºC (ver Fig. 2) solo será de aproximadamente 1.55 V. Esa es una potencia de P = 300 · 1.55 = 465 W siendo disipados (sí, más que algunos calentadores eléctricos). Entonces, la unión será 465 · 0.125 = 58.125 ºC (máx.) Por encima de la temperatura de la caja, que es un diferencial muy bajo, para esa disipación masiva.$R_{thJC}$$I_C$$V_{GE}$$T_J$$V_{CE}$

Sin embargo, para que la temperatura de la unión no exceda su límite (de 150 ºC), la resistencia térmica de la carcasa al ambiente, , que depende del disipador de calor utilizado, también debe ser muy baja, ya que de lo contrario el la temperatura de la carcasa se elevaría muy por encima de la temperatura ambiente (y la temperatura de la unión siempre está por encima de ella). En otras palabras, necesitas un muy buen disipador de calor (con un muy bajo ), para poder ejecutar esta criatura a 300 A.$R_{thCA}$$R_{th}$

La ecuación térmica es:

con

$T_J$ : temperatura de unión [ºC]. Tiene que ser <150 ºC, según la hoja de datos. : Disipación de potencia [W]. : resistencia térmica desde la unión a la caja [ºC / W]. Esto es 0.125 ºC / W (máx.), Según la hoja de datos. : resistencia térmica de la carcasa al ambiente [ºC / W]. Esto depende del disipador de calor utilizado. : Temperatura ambiente [ºC].
$P_D$
$R_{thJC}$
$R_{thCA}$
$T_A$

Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 60 ºC, si desea disipar 465 W, entonces el disipador de calor debe ser tal que sea ​​como máximo 0.069 ºC / W, lo que implica una superficie muy grande en contacto con aire y / o enfriamiento forzado.$R_{thCA}$

En cuanto a las terminales, las dimensiones aproximadas de su parte más delgada son (L-L1) · b1 · c. Si estuvieran hechos de cobre (solo una aproximación), la resistencia de cada uno sería:

= 16.78e-9 * (19.79e-3-2.59e-3) / (2.59e-3 * 0.74e-3) = 151 μ Ω R m a x = 16.78e-9 * (21.39e -3-2.21e-3) / (2.21e-3 * 0.43e-3) = 339 μ $R_{min}$$\mu\Omega$
$R_{max}$$\mu\Omega$

En = 300 A, cada uno de ellos se disiparía entre 13.6 y 30.5 W (!). Eso es mucho. Dos veces (para C y E) puede ser tan alto como el 13% de los 465 W que se disipan (en este ejemplo) en el propio IGBT. Pero, por lo general, los soldará para que esa parte delgada sea más corta que (L-L1).$I_C$

Claro que es posible. Sin embargo, considere que el número '400A @ 25 ° C' se basa en un de 25 ° C, no en una temperatura del aire. T C es la temperatura de la carcasa. A 400 A, el voltaje a través del dispositivo, V C E ( s a t ) , puede ser 1.70 V. A 400 A, eso es una disipación de energía de 680 W. Necesitará un disipador de calor fuerte, que puede no ser físicamente posible, especialmente si la temperatura ambiente es de 25 ° C. $T_C$$T_C$$V_{CE(sat)}$

En cuanto a los cables que llevan esa corriente, el dibujo acotado dice que tienen al menos 2,21 mm de ancho y 0,43 mm de espesor. Esa es un área de sección transversal de aproximadamente 1 mm cuadrado, equivalente a un cable de calibre 17. Mi tabla de referencia dice que 100A hará que un segmento largo de ese grosor de alambre (circular, sin aislar) se derrita en 30 segundos. Por supuesto, estos cables no serán segmentos largos, estarán conectados a planos de cobre disipados por calor. Pero incluso entonces, eso lo está presionando bastante fuerte.

¿Qué has aprendido de este análisis? ¡No confíes en la primera página de una hoja de datos! También puede ignorar cualquier tabla marcada como "Máximo absoluto". No tiene garantizado un dispositivo funcional o un diseño implementable si corteja estos números. Mis profesores siempre dijeron que estas páginas son compiladas por el departamento de marketing, no por el departamento de ingeniería. En este caso, la tabla de la que obtuvo ese número está marcada como "Calificaciones máximas". No diseñe su dispositivo para que funcione cerca de estos números. En cambio, desplácese hacia abajo hasta los gráficos característicos y los parámetros operativos estándar (este último no se encuentra en esta hoja de datos, pero sí en otros) y diseñe en función de eso. Determine cuánta corriente puede manejar su PCB o cables y cuánta capacidad de disipador térmico puede agregar,

Mencionaste que estabas en Digikey; Supongo que tomó un giro equivocado y buscó una parte de alta corriente en el grupo 'Productos de semiconductores discretos', sección IGBTS, solo . Esta sección es para componentes montados en PCB. Las realidades de la fabricación de PCB (soldadura, espesor de cobre, disipador térmico) limitarán los valores prácticamente alcanzables aquí. Si desea obtener material de alta corriente, vaya a 'Módulos de semiconductores', donde se encuentran las piezas montadas en el chasis conectadas a cables gruesos. La sección IGBTs tiene componentes como esta bestia , que se muestra con un lápiz a escala (prestado de Wikipedia):

Ese dispositivo realmente puede manejar 3300 y 1200 A; es 190 por 140 mm en lugar de un pequeño dispositivo de montaje en PCB. También hay muchos dispositivos más pequeños y más razonables disponibles.

Una respuesta corta: no haces tanto 400A como 300V al mismo tiempo, al menos no por mucho tiempo.

El dispositivo no pasa casi ninguna corriente cuando está apagado y disipa muy poca energía cuando está apagado. El dispositivo incurre en muy poca caída de voltaje cuando se conduce en el estado encendido, y así disipa una cantidad controlable de calor en ese estado.

La mayor quemadura se produce al cambiar entre las dos condiciones. Probablemente el peor de los casos es encender con una carga como un motor grande; La corriente de entrada para hacer girar un motor puede durar fracciones significativas de un segundo, durante el cual se puede desarrollar mucho calor.

Porque ves cosas; y tu dices, '¿Por qué?' Pero B. Jayant Baliga sueña con cosas que nunca fueron; y dice: "¿Por qué no?"

Pero en serio, los cables tienen una resistencia muy baja, por lo que no generan mucho calor. Creo que hay muchas secciones bjt en paralelo en el dispositivo real para bajar la resistencia también muy bajo.