شركة شنتشن مينغجيا دا للإلكترونيات المحدودة توفر ترانزستور Infineon IKW25N120T2 1200V 25A IGBT مع ديود مضاد للتوازي. هو IGBT تبديل صعب بجهد 1200 فولت / 25 أمبير مع تطبيق محدد بوضوح واتساق ممتاز في المعلمات. تكمن قيمته ليس في الأداء المتطرف، ولكن في قدرته على ضمان الاستقرار وسهولة التصميم والتحكم في التكاليف عبر أوسع نطاق طاقة صناعي - من 2 إلى 20 كيلو هرتز - من خلال انخفاض جهد التشبع المنخفض، وديودات مطابقة "ناعمة" جدًا، وقابلية التوازي بمعامل درجة حرارة موجب (PTC)، وقدرة تحمل الدائرة القصيرة لمدة 10 ميكرو ثانية. فقط من خلال فهم خصائصه الحرارية، وتوزيع المقاومة الحرارية، وحالة دورة الحياة يمكن استخدام هذا الجهاز بكامل إمكاناته. ترانزستور 1200 فولت 25 أمبير IGBT مع ديود مضاد للتوازي.
إن IKW25N120T2 هو ترانزستور IGBT أحادي من Infineon من الجيل الثاني (T2) من سلسلة TRENCHSTOP بجهد 1200 فولت / 25 أمبير. يستخدم تكوين "DuoPack" الذي يدمج شريحة IGBT مع ديود متحكم فيه بالباعث ذي استعادة ناعمة وسريعة داخل حزمة بلاستيكية واحدة PG-TO-247-3، مع رمز الطلب IKW25N120T2FKSA1 ووضع علامة الطباعة K25T1202.
يشير تعيين الطراز بوضوح إلى المواصفات: "IK" يدل على IGBT مع ديود مضاد للتوازي (بينما يشير تعيين يبدأ بـ "IG" إلى IGBT أحادي الشريحة بدون ديود)؛ "W" يمثل حزمة TO-247؛ 25 يشير إلى تيار مجمع مقنن يبلغ 25 أمبير عند درجة حرارة حالة تبلغ 100 درجة مئوية؛ 120 يشير إلى تصنيف جهد يبلغ 1200 فولت؛ T2 يشير إلى منصة TRENCHSTOP من الجيل الثاني، مع تقنية شريحة مشتقة من بنية حقل الإيقاف ذات البوابة الخندق لجيل IGBT الرابع (IGBT4) من Infineon. نطاق تردد التبديل الموصى به رسميًا هو 2 كيلو هرتز إلى 20 كيلو هرتز؛ يتم وضعه كجهاز "تبديل صعب منخفض التردد" يعطي الأولوية لخسائر التوصيل مع مراعاة خسائر التبديل أيضًا، ويكمل سلسلة H3 المصممة للتشغيل عالي التردد.
في قلب هذا الجهاز يكمن هيكل مركب يتكون من بوابة خندق وحقل إيقاف. تحول بوابة الخندق القناة من مستوية إلى عمودية، مما يعزز كثافة الخلية والموصلية العابرة؛ تشكل طبقة حقل الإيقاف حاجزًا في نهاية ذيل منطقة الانجراف، مما يتيح تصنيع الشريحة بشكل أرق مع الحفاظ على جهد انهيار يبلغ 1200 فولت، مما يقلل في نفس الوقت من انخفاض جهد التشبع وتيار ذيل الإيقاف. مقارنةً بـ IGBTs ذات البوابة المستوية الأقدم، يقدم هذا الجيل تحسينات في الخصائص الثابتة والديناميكية، بدلاً من مجرد مقايضة خسائر الحالة التشغيلية بخسائر التبديل.
يستخدم ديود المضاد للتوازي تصميمًا عالي الكفاءة (HE) متحكمًا فيه بالباعث، يتميز بموجة استعادة ناعمة جدًا وشحنة استعادة قابلة للتحكم. هذا يقمع تيار الاستعادة العكسي الأقصى للديود لحظة تشغيل IGBT، مما يقلل من خسائر التشغيل والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI). هذه أيضًا هي القيمة العملية لحزمة "DuoPack": تم تصميم ومطابقة IGBT وديوده من قبل نفس الشركة المصنعة ليناسبا نفس مساحة الشريحة؛ لا يحتاج المستخدمون إلى اختيار ديود منفصل سريع الاستعادة بأنفسهم، مما يوفر المساحة والتكاليف مع تجنب أخطاء عدم المطابقة.
جهد المجمع والباعث (VCE) هو 1200 فولت (مقاس عند VGE = 0 فولت و IC = 500 ميكرو أمبير)؛ أقصى جهد بوابة وباعث هو ±20 فولت؛ نطاق درجة حرارة وصلة التشغيل هو -40 درجة مئوية إلى +175 درجة مئوية؛ ونطاق درجة حرارة التخزين هو -55 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية.
تنقسم سعة التيار إلى مستويين: تيار مجمع مستمر يبلغ 50 أمبير عند درجة حرارة حالة (TC) تبلغ 25 درجة مئوية، والذي ينخفض إلى 25 أمبير عند TC = 110 درجة مئوية؛ وهذا يفسر أصل تصنيف "25 أمبير"؛ تيار المجمع النبضي ICPuls هو 100 أمبير (محدود بـ Tjmax)، بينما تبلغ مساحة التشغيل الآمنة (SOA) للإيقاف أيضًا 100 أمبير (VCE ≤ 1200 فولت، Tj ≤ 175 درجة مئوية). جانب الديود: التيار الأمامي هو 40 أمبير عند TC = 25 درجة مئوية و 25 أمبير عند TC = 110 درجة مئوية؛ التيار النبضي هو 100 أمبير.
انخفاض جهد التشبع VCEsat، تحت ظروف VGE = 15 فولت و IC = 25 أمبير، هو عادةً 1.7 فولت عند 25 درجة مئوية (بحد أقصى 2.2 فولت)، عادةً 2.1 فولت عند 150 درجة مئوية، وعادةً 2.2 فولت عند 175 درجة مئوية. هذه الأرقام في الجانب المنخفض لفئة 1200 فولت / 25 أمبير، مما يعكس مباشرة نقطة البيع "VCEsat منخفض" لمنصة T2. والأهم من ذلك، أن VCEsat يظهر معامل درجة حرارة موجب؛ يزداد انخفاض الجهد بدلاً من انخفاضه في درجات الحرارة العالية. عند توصيل أجهزة متعددة بالتوازي، يتم موازنة التيار بشكل طبيعي، مما يمنع الهروب الحراري الناجم عن "التقاط" التيار بواسطة أجهزة فردية؛ وبالتالي، تدرج الشركة المصنعة صراحةً "سهولة التوازي" كميزة.
معلمات ثابتة أخرى: جهد عتبة البوابة VGEth هو 5.2 فولت / 5.8 فولت / 6.4 فولت (الحد الأدنى / النموذجي / الأقصى)، والموصلية العابرة gfs هي عادةً 13.5 ثانية (VCE = 20 فولت، IC = 25 أمبير). هذا التوزيع الواسع لجهود العتبة يعني أن الجهاز غير متوافق مباشرة مع مشغلات المنطق (مثل 3.3 فولت أو 5 فولت)؛ يجب استخدام مشغل IGBT مخصص بجهد تشغيل +15 فولت. تيار التسرب عند جهد بوابة صفر ICES هو حوالي 0.4 مللي أمبير عند 25 درجة مئوية و 1200 فولت، وحوالي 4 مللي أمبير عند 150 درجة مئوية، ويمكن أن يصل إلى 20 مللي أمبير عند 175 درجة مئوية؛ يجب مراعاة خسائر الحجب في درجات الحرارة العالية أثناء وضع الاستعداد عالي الجهد أو في البيئات ذات درجات الحرارة العالية ولا يمكن تقديرها باستخدام قيم درجات الحرارة العادية.
انخفاض الجهد الأمامي (VF) للديود هو عادةً 1.65 فولت عند 25 درجة مئوية و 1.7 فولت عند 150 درجة مئوية عندما يكون IF = 25 أمبير، بحد أقصى 2.2 فولت.
سعة الإدخال Ciss هي 1600 بيكوفاراد، سعة الإخراج Coss هي 155 بيكوفاراد، وسعة النقل العكسي Crss هي 90 بيكوفاراد (VCE = 25 فولت، VGE = 0 فولت، 1 ميجاهرتز)؛ شحنة البوابة QGate هي 120 نانو كولوم (VCC = 960 فولت، IC = 25 أمبير، VGE = 15 فولت). تحدد هذه المجموعة من البيانات طاقة التشغيل: مقدرة باستخدام الصيغة Qg × ΔVGE × fsw، فإن طاقة تشغيل البوابة عند 10 كيلو هرتز هي تقريبًا 0.12 ميكرو كولوم × 23 فولت × 10 كيلو، ≈ 28 ميجاوات. الحمل على المشغل نفسه خفيف جدًا؛ التحدي الرئيسي يكمن في التشغيل الخاطئ الناجم عن dv/dt من سعة ميلر، بدلاً من عدم كفاية طاقة التشغيل.
تحت ظروف الاختبار مع حمل حثي، VCC = 600 فولت، IC = 25 أمبير، VGE = 0/15 فولت، و RG = 16.4 أوم، خصائص التبديل عند 25 درجة مئوية هي كما يلي: تأخير التشغيل td (on) 27 نانو ثانية، زمن الارتفاع tr 20 نانو ثانية، تأخير الإيقاف td (off) 265 نانو ثانية، زمن السقوط tf 95 نانو ثانية، طاقة التشغيل Eon 1.55 مللي جول، طاقة الإيقاف Eoff 1.35 مللي جول، وطاقة التبديل الإجمالية Ets 2.9 مللي جول؛ عند 175 درجة مئوية، td (on) هو 25 نانو ثانية، tr هو 24 نانو ثانية، td (off) هو 340 نانو ثانية، tf هو 164 نانو ثانية، Eon 2.25 مللي جول، Eoff 2.05 مللي جول، Ets 4.3 مللي جول.
أبرز جانب في هذه المجموعة من البيانات هو تأثير درجة الحرارة: بينما تظل معلمات التشغيل دون تغيير تقريبًا، تتدهور معلمات الإيقاف بشكل كبير، حيث يزداد tf من 95 نانو ثانية إلى 164 نانو ثانية وترتفع Eoff بنسبة 52٪ تقريبًا. هذا يرجع إلى زيادة تيار الذيل في درجات الحرارة العالية، وهي خاصية شائعة لجميع IGBTs. وبالتالي، يجب ألا تستند حسابات التصميم الحراري إلى قيمة Eoff عند 25 درجة مئوية؛ يجب تطبيق هامش أمان باستخدام قيم لـ 125 درجة مئوية أو 175 درجة مئوية، وإلا فإن ارتفاع درجة الحرارة الفعلي سيتجاوز التوقعات. علاوة على ذلك، تحدد ورقة البيانات أن Eon تشمل بالفعل خسارة استعادة ديود؛ عند استخدام Ets للتقدير على مستوى النظام، لا تضف خسارة Qrr بشكل منفصل لتجنب العد المزدوج.
بناءً على Ets تبلغ 4.3 مللي جول عند 175 درجة مئوية، تبلغ خسائر التبديل حوالي 43 واط عند 10 كيلو هرتز وحوالي 86 واط عند 20 كيلو هرتز؛ وهذا يفسر سبب تحديد الشركة المصنعة للحد الأعلى عند 20 كيلو هرتز - عند ترددات أعلى، ستؤدي خسائر التبديل إلى تآكل مكاسب الكفاءة بسرعة، والتي ستندرج بعد ذلك ضمن نطاق أجهزة H3 أو IGBT7.
خامساً. تفاصيل الديودات المضادة للتوازي لـ هو IGBT تبديل صعب بجهد 1200 فولت / 25 أمبير مع تطبيق محدد بوضوح واتساق ممتاز في المعلمات. تكمن قيمته ليس في الأداء المتطرف، ولكن في قدرته على ضمان الاستقرار وسهولة التصميم والتحكم في التكاليف عبر أوسع نطاق طاقة صناعي - من 2 إلى 20 كيلو هرتز - من خلال انخفاض جهد التشبع المنخفض، وديودات مطابقة "ناعمة" جدًا، وقابلية التوازي بمعامل درجة حرارة موجب (PTC)، وقدرة تحمل الدائرة القصيرة لمدة 10 ميكرو ثانية. فقط من خلال فهم خصائصه الحرارية، وتوزيع المقاومة الحرارية، وحالة دورة الحياة يمكن استخدام هذا الجهاز بكامل إمكاناته.زمن استعادة ديود العكسي (trr) تحت ظروف VR = 600 فولت، IF = 25 أمبير، و diF/dt ≈ 1050 أمبير/ميكرو ثانية هو 195 نانو ثانية عند 25 درجة مئوية و 290 نانو ثانية عند 175 درجة مئوية؛ شحنة الاستعادة العكسية (Qrr) هي 2.05 ميكرو كولوم عند 25 درجة مئوية و 3.65 ميكرو كولوم عند 175 درجة مئوية؛ أقصى تيار استعادة عكسي (Irrm) هو 20 أمبير عند 25 درجة مئوية و 24 أمبير عند 175 درجة مئوية؛ ميل انخفاض تيار الاستعادة (dirr/dt) هو 475 أمبير/ميكرو ثانية عند 25 درجة مئوية و 330 أمبير/ميكرو ثانية عند 175 درجة مئوية.
تنعكس طبيعة "النعومة" لهذه المجموعة من البيانات في dirr/dt اللطيف نسبيًا، والذي يتباطأ أكثر في درجات الحرارة العالية؛ تفتقر عملية الاستعادة إلى انخفاض حاد في التيار، وبالتالي لا تسبب ارتفاعات جهد كبيرة عبر الحث الطفيلي للحافلة، مما يؤدي إلى أداء جيد للتداخل الكهرومغناطيسي. المقايضة هي Qrr مرتفع نسبيًا (3.65 ميكرو كولوم عند 175 درجة مئوية)؛ في ذراع جسر تبديل صعب بتردد 20 كيلو هرتز، ستشكل خسائر استعادة الديود نسبة كبيرة من إجمالي الخسائر. المقايضة الهندسية هي كما يلي: إذا كان التطبيق يعطي الأولوية للضوضاء المنخفضة، والارتفاعات المنخفضة للجهد، والموثوقية الإجمالية للنظام، فإن هذا المزيج من الاستعادة الناعمة مناسب جدًا؛ إذا كان الهدف هو تحقيق أعلى كفاءة ممكنة بتردد عالٍ، فيجب استخدام ديودات ذات أزمنة استعادة أسرع، مثل تلك المتوافقة مع H3 أو IGBT7، بدلاً من ذلك.
سادساً. قدرة الدائرة القصيرة لـ
IKW25N120T2 هو IGBT تبديل صعب بجهد 1200 فولت / 25 أمبير مع تطبيق محدد بوضوح واتساق ممتاز في المعلمات. تكمن قيمته ليس في الأداء المتطرف، ولكن في قدرته على ضمان الاستقرار وسهولة التصميم والتحكم في التكاليف عبر أوسع نطاق طاقة صناعي - من 2 إلى 20 كيلو هرتز - من خلال انخفاض جهد التشبع المنخفض، وديودات مطابقة "ناعمة" جدًا، وقابلية التوازي بمعامل درجة حرارة موجب (PTC)، وقدرة تحمل الدائرة القصيرة لمدة 10 ميكرو ثانية. فقط من خلال فهم خصائصه الحرارية، وتوزيع المقاومة الحرارية، وحالة دورة الحياة يمكن استخدام هذا الجهاز بكامل إمكاناته.زمن تحمل الدائرة القصيرة (tSC) هو 10 ميكرو ثانية، تحت ظروف اختبار VGE = 15 فولت، VCC ≤ 600 فولت، ودرجة حرارة وصلة أولية تبلغ 175 درجة مئوية؛ من المحدد أن عدد دورات الدائرة القصيرة يجب أن يكون أقل من 1000، مع فاصل زمني يزيد عن 1 ثانية بين كل حدث دائرة قصيرة. فيما يتعلق بتيار الدائرة القصيرة، تحت ظروف VGE = 15 فولت، VCC = 600 فولت و tSC ≤ 10 ميكرو ثانية، يبلغ تيار الدائرة القصيرة النموذجي 150 أمبير عند درجة حرارة وصلة أولية تبلغ 25 درجة مئوية و 115 أمبير عند درجة حرارة وصلة أولية تبلغ 175 درجة مئوية، وهو ما يعادل تقريبًا 4.6 إلى 6 أضعاف التيار المقنن.
نافذة الـ 10 ميكرو ثانية تفرض متطلبات واضحة على تصميم الحماية: يجب أن يكون زمن الحجب لكشف التشبع الناقص أقل من 10 ميكرو ثانية، ويجب أن يكون منحدر الإيقاف الناعم لطيفًا بما يكفي لمنع di/dt لحظة الإيقاف من إحداث زيادة جهد عبر الحث المتناثر والتسبب في الانهيار. الدائرة القصيرة التي تستمر لأكثر من 10 ميكرو ثانية ستؤدي حتماً إلى الفشل؛ لذلك، هذه ليست "حماية اختيارية" بل شرط إلزامي. يجب أيضًا ملاحظة أنه عند درجة حرارة وصلة أولية تبلغ 175 درجة مئوية، ينخفض تيار الدائرة القصيرة وتصبح النافذة أضيق؛ لذلك، يجب السماح بهامش لعتبة الحماية في ظروف التشغيل ذات درجات الحرارة العالية والأحمال الثقيلة.
سابعاً. التصميم الحراري وتقدير تبديد الطاقة لـ
حساب تقريبي بناءً على ظروف التشغيل النموذجية 25 أمبير، 150 درجة مئوية و 10 كيلو هرتز: خسارة التوصيل هي تقريبًا 25 أمبير × 2.1 فولت ≈ 52.5 واط، وخسارة التبديل هي تقريبًا 2.9 إلى 4.3 مللي جول × 10 كيلو هرتز ≈ 29 إلى 43 واط؛ مجموعهما هو حوالي 80 إلى 95 واط. بافتراض Rthjc تبلغ 0.43 كلفن/واط، فإن فرق درجة الحرارة بين الوصلة والحالة وحدها هو 35 إلى 41 كلفن؛ إذا تم التحكم في درجة حرارة الحالة عند 80 درجة مئوية، فإن درجة حرارة الوصلة قريبة بالفعل من 120 إلى 125 درجة مئوية، تاركة بعض الهامش قبل الحد الأعلى البالغ 175 درجة مئوية، ولكن هذا الهامش سيضيق بسرعة عند 20 كيلو هرتز. هذا يشير إلى أن الجهاز مناسب للتطبيقات التي تتضمن "ترددات متوسطة، تيارات عالية، ومشتت حراري مصمم جيدًا"، بدلاً من إجبار مشتت حراري صغير على التعامل مع الترددات العالية.
المقاومة الحرارية للديود تقارب ضعف مقاومة IGBT (0.81 كلفن/واط)؛ في دوائر الجسر حيث تكون دورة العمل للديود الحر المجاني عالية أو عامل القدرة منخفض (أي مكون طاقة تفاعلية عالية)، قد تصل درجة حرارة وصلة الديود إلى حدها أولاً. عند اختيار مشتت حراري وحساب درجة حرارة الوصلة، يجب حساب الديود بشكل منفصل؛ لا يجب الاعتماد فقط على منحنى المقاومة الحرارية لـ IGBT.
ثامناً. اعتبارات التصميم الرئيسية لـ
IKW25N120T2 هو IGBT تبديل صعب بجهد 1200 فولت / 25 أمبير مع تطبيق محدد بوضوح واتساق ممتاز في المعلمات. تكمن قيمته ليس في الأداء المتطرف، ولكن في قدرته على ضمان الاستقرار وسهولة التصميم والتحكم في التكاليف عبر أوسع نطاق طاقة صناعي - من 2 إلى 20 كيلو هرتز - من خلال انخفاض جهد التشبع المنخفض، وديودات مطابقة "ناعمة" جدًا، وقابلية التوازي بمعامل درجة حرارة موجب (PTC)، وقدرة تحمل الدائرة القصيرة لمدة 10 ميكرو ثانية. فقط من خلال فهم خصائصه الحرارية، وتوزيع المقاومة الحرارية، وحالة دورة الحياة يمكن استخدام هذا الجهاز بكامل إمكاناته.بالنسبة لمشغل البوابة، يوصى بجهد تشغيل +15 فولت وجهد إيقاف حوالي -8 فولت. يقلل انحياز الإيقاف السلبي بشكل كبير من مقاومة التشغيل الخاطئ الناجم عن dv/dt، وهو أمر مهم بشكل خاص لأجهزة 1200 فولت. يتم إعطاء معلمات التبديل في ورقة البيانات لـ RG = 16.4 أوم؛ عند اختيار مقاومة في الممارسة العملية، يمكن إجراء تعديلات حول هذه القيمة: زيادة RG تقلل di/dt والارتفاعات، وتمنع التداخل الكهرومغناطيسي، ولكنها تزيد من خسائر التبديل؛ تقليل RG له التأثير المعاكس. نظرًا لأن Eon تشمل استعادة الديود، لا ينبغي ضبط المقاومة على جانب التشغيل منخفضة جدًا، وإلا فإن تيار الاستعادة الأقصى والتذبذبات ستزداد.
المقاومة الداخلية للبوابة RGint لحزمة TO-247 هي 0، مما يعني أن مقاومة البوابة بأكملها يتم توفيرها خارجيًا، مما يوفر مرونة تصميم كبيرة. ومع ذلك، هذا يعني أيضًا عدم وجود تخميد داخلي؛ حتى أطول مسارات دائرة البوابة قليلاً يمكن أن تؤدي بسهولة إلى التذبذب. لذلك، يجب أن يضع التخطيط دائرة التشغيل بالقرب قدر الإمكان من الجهاز، ويستخدم أرضيًا بنقطة واحدة، ويمنع الاقتران بين دائرة الطاقة ودائرة البوابة. الحث الداخلي للباعث (LE) هو حوالي 13 نانو هنري (مقاس 5 مم من الحالة). تحت تأثيرات حث الباعث المشترك، ستحد هذه القيمة من سرعة الإيقاف وتزيد من ارتفاعات الجهد؛ هذا مجال يجب فيه استخدام اتصالات كيلفن أو قضبان توصيل مدمجة أثناء التخطيط لقمع هذه التأثيرات.
فيما يتعلق بالتشغيل المتوازي، فإن معامل درجة الحرارة الموجب لـ VCEsat يسهل مشاركة التيار الثابت بشكل طبيعي، والذي يطلق عليه رسميًا "سهولة التوازي". ومع ذلك، هناك نقطتان تتطلبان الانتباه عند التوازي: أولاً، سيؤدي انتشار VGEth من 5.2 إلى 6.4 فولت إلى اختلافات طفيفة في توقيت التشغيل؛ يجب موازنة مشاركة التيار الديناميكي باستخدام مقاومات بوابة مستقلة لكل جهاز؛ ثانيًا، بعد التوازي، تزداد Qg و Ciss الإجمالية بشكل أسي، لذلك يجب تضخيم تيار المشغل الأقصى وفقًا لذلك. لا يوصى بمشاركة مقاومة بوابة واحدة بين أجهزة متعددة.
تاسعاً. سيناريوهات التطبيق النموذجية لـ
في التطبيقات التي ينتج فيها مقوم ثلاثي الطور 380 فولت جهد حافلة يبلغ حوالي 540 فولت، أو حيث يتم رفع جهد إمداد أحادي الطور 220 فولت إلى حافلة 400 فولت، فإن الهامش الذي يوفره جهد تحمل 1200 فولت، جنبًا إلى جنب مع مشبك RCD أو التبديل الناعم، كافٍ للتعامل مع ارتفاعات الإيقاف وتقلبات الشبكة - وهو أمر لا تستطيع أجهزة فئة 600 فولت تحقيقه. إذا كانت الحافلة تعمل عند 800 فولت أو أعلى لفترات طويلة، فيجب إعادة تقييم هامش الاندفاع، أو يجب استخدام حزمة بأربعة دبابيس مع باعث كيلفن لتحسين حماية زيادة الجهد عند الإيقاف.
ملخص: إن
اتصل شخص: Mr. Sales Manager
الهاتف :: 86-13410018555
الفاكس: 86-0755-83957753
Arabic
