Benötigen Sie Hilfe beim Verstehen und Interpretieren von IGBT-Datenblättern

Für ein 48-V-Design mit einem BLDC-Motor möchten Sie MOSFETs verwenden. Der Grund dafür ist, dass Niederspannungs-MOSFETs (< 200 V) mit einem extrem niedrigen Einschaltwiderstand erhältlich sind: R _{DS, ein} < 10 $m\Omega$für V _DS  = 100 V ist etwas, das Sie von mindestens drei verschiedenen Herstellern in einem 5 x 6 mm ² SuperSO8-Gehäuse bekommen können. Und Sie erhalten den zusätzlichen Vorteil der Fähigkeit der MOSFETs, sehr schnell zu schalten.

IGBTs werden zum bevorzugten Bauteil, wenn Sie hohe Ströme bei hohen Spannungen schalten möchten. Ihr Vorteil ist ein ziemlich konstanter Spannungsabfall (V _{CE, sat} ) gegenüber dem Einschaltwiderstand eines MOSFET (R _{DS, on} ). Stecken wir die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Geräte, die für die statischen Leistungsverluste verantwortlich sind, in zwei Gleichungen, um einen besseren Überblick zu erhalten (statisch bedeutet, wir sprechen von Geräten, die ständig eingeschaltet sind, wir werden später auf Schaltverluste eingehen).

P _{-Verlust, IGBT}  = I * V _{CE, sat}

P _{-Verlust, MOSFET}  = I ²  * R _{DS, an}

Man sieht, dass mit steigendem Strom die Verluste bei einem IGBT linear ansteigen und die bei einem MOSFET mit einer Zweierpotenz ansteigen. Bei hohen Spannungen (>= 500 V) und hohen Strömen (vielleicht > 4...6 A) sagen Ihnen die allgemein verfügbaren Parameter für V _{CE, sat} oder R _DS, dass ein IGBT im Vergleich geringere statische Verlustleistungen aufweist zu einem MOSFET.

Dann müssen Sie die Schaltgeschwindigkeiten berücksichtigen: Während eines Schaltvorgangs, dh während des Übergangs eines Geräts vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand und umgekehrt, gibt es eine kurze Zeit, in der Sie eine ziemlich hohe Spannung über dem Gerät haben ( V _CE oder V _DS ) und es fließt Strom durch das Gerät. Da Leistung Spannung mal Strom ist, ist dies nicht gut und Sie möchten, dass diese Zeit so kurz wie möglich ist. Naturgemäß schalten MOSFETs im Vergleich zu IGBTs viel schneller und weisen geringere durchschnittliche Schaltverluste auf. Bei der Berechnung der durch Schaltverluste verursachten durchschnittlichen Verlustleistung ist es wichtig, die Schaltfrequenz Ihrer speziellen Anwendung zu betrachten - das heißt: wie oft Sie Ihre Geräte durch die Zeitspanne führen, in der sie nicht vollständig eingeschaltet sind (V _CEoder V _DS fast Null) oder aus (Strom fast Null).

Alles in allem sind typische Zahlen, dass ...

IGBTs werden besser sein

• Schaltfrequenzen unter einigen 10 kHz
• Spannungen über 500...800 V
• mittlere Ströme über 5...10 A

Dies sind nur einige Faustregeln, und es ist definitiv eine gute Idee, die obigen Gleichungen mit den realen Parametern einiger tatsächlicher Geräte zu verwenden, um ein besseres Gefühl zu bekommen.

Ein Hinweis: Frequenzumrichter für Motoren haben oft Schaltfrequenzen zwischen 4...32 kHz, während Schaltnetzteile mit Schaltfrequenzen > 100 kHz ausgelegt sind. Höhere Frequenzen haben viele Vorteile bei Schaltnetzteilen (kleinere Magnetik, kleinerer Brummstrom) und der Hauptgrund, warum sie heute möglich sind, ist die Verfügbarkeit von stark verbesserten Leistungs-MOSFETs bei > 500 V. Der Grund, warum Motortreiber immer noch 4.. 0,8 kHz liegt daran, dass diese Schaltungen normalerweise mit höheren Strömen umgehen müssen und Sie das Ganze um ziemlich langsam schaltende IGBTs herum entwerfen.

Und bevor ich es vergesse: Oberhalb von etwa 1000 V sind MOSFETs einfach nicht verfügbar (fast oder ... zu keinen vernünftigen Kosten; [edit:] SiC könnte ab Mitte 2013 eine einigermaßen vernünftige Option werden ). In Schaltungen, die Geräte der 1200-V-Klasse erfordern, muss man daher meist nur bei IGBTs bleiben.