H-Brücken-IC für Hochspannung und/oder Strom

Es scheint einige Verwirrung hinsichtlich der Leistungsanforderungen zu geben. Dieses Gerät muss die Energie, die durch einen Abfall von 1 kV bei 50 A erzeugt wird, nicht abführen; Diese Leistung wird von der Last abgeführt. Dieses Gerät arbeitet in zwei Zuständen: 1 kV Sperrung bei Milliampere (oder weniger) Leckstrom und 50 A Strom bei Milliohm (oder weniger) Widerstand. Das führt zu angemessenen Verlustleistungspegeln. Es muss keine 50kW Energie abführen.

Bei den Spannungs- und Strompegeln, an denen Sie arbeiten, sollten Sie die Verwendung von IGBTs oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate untersuchen. Ein MOSFET hat einen notwendigerweise kleinen Schaltbereich, in dem das elektrische Feld (das FE im MOSFET) wirken kann; Bipolartransistoren haben den Vorteil, dass der Schaltbereich eine große Ebene oder Platte aus Silizium sein kann. Dadurch können IGBTs die Fähigkeiten von MOSFETs in extremen Hochspannungs- und Hochstromsituationen übertreffen. Diese IRF-Appnote beschreibt einige der Entscheidungen, die zwischen IGBTs und MOSFETs getroffen werden müssen, kurz zusammengefasst in dieser Grafik:

Bei 1 kV befinden Sie sich am oberen Rand der MOSFET-Fähigkeiten und sollten wahrscheinlich IGBTs verwenden. Sie erwähnen, dass Sie "je nachdem, was machbar ist" auf 1 MHz gehen wollen - bei genügend Budget ist fast alles machbar. Ich schlage vor, dass Sie versuchen, einen IGBT für sich arbeiten zu lassen.

In Bezug auf H-Brücken-ICs und Arrays gibt es sicher viele davon. Sie sind jedoch auf typische Anwendungsfälle ausgelegt. Digikey behauptet, über 3.000 FET-Arrays zu verfügen . Leider beträgt die höchste Vdss-Kapazität nur 300 V, viel weniger als Ihre 1-kV-Anforderung.

IGBTs sind auch in Arrays besser verfügbar. Digikey zeigt einige IXYS-Teile, und ihre Webseite zeigt tatsächlich einige Teile, die Ihrer Spezifikation entsprechen: Schauen Sie sich ihre Website an und folgen Sie den Links zu IGBT-Modulen -> Vollbrücken-IGBT-Module (ihre Website ist nicht sehr gut im Deep-Linking). Hier ist ein Beispieldatenblatt . Beachten Sie, dass dies kein typisches oberflächenmontiertes PCB-Element ist; Es ist ein 120 mm x 60 mm großes Modul zur Chassismontage. Diese Dinger können einiges an Hitze abgeben und einiges an Energie schalten.

Sie befinden sich hier in exklusivem Gebiet; das ist nichts, was Sie bei Ihrem örtlichen Radio Shack finden werden (nicht, dass Sie dort sowieso viel finden würden ...). Das Finden von Teilen mit ähnlichen Anstiegs- und Abfallzeiten ist Ihre geringste Sorge!

3Kwatt! Überlegen Sie, wie heiß eine 300-Watt-Glühbirne wird, und multiplizieren Sie diese mit zehn. 3000 Watt entsprechen dem Heizelement in Ihrem Elektroofen.

Aber zugegebenermaßen wird ein Großteil dieser Wärme in den Motor und nicht in die H-Brücke geleitet. Sind das auch 3 kW bei Motorstillstand oder Motor ohne Last? Damit eine H-Brücke überleben kann, muss sie so konstruiert sein, dass sie die Stromlast eines blockierten Motors bewältigen kann, die etwa fünfmal höher sein kann als der Leerlaufstrom. Natürlich helfen Sicherungen als Schutz, aber der Start ist ein blockierter Zustand und Sie müssen unter Last genügend Strom liefern, um den Motor in Bewegung zu setzen. Sicherungen müssen den Motorstart ermöglichen und können nicht alle Belastungen beseitigen

Dann schauen Sie sich IC-Pakete an und Sie werden im Allgemeinen feststellen, dass sie etwa 1 Watt verbrauchen. Ein TO-220-Gehäuse mit Kühlkörper kann etwa 50 Watt bewältigen.

Damit ein IC funktioniert und gut funktioniert, müsste die Schaltung einen Wirkungsgrad von etwa 0,9997 oder mehr haben. Es wird nie passieren.

Bei einem BJT ist das Beste, was Sie im Sättigungsmodus tun werden, ein Spannungsabfall von etwa 0,3 V, und dort wird Ihre Wärme im Transistor erzeugt. Bei Darlingtons ist das Beste, was Sie tun werden, ein Spannungsabfall von etwa 1,0 V - sie sind also noch schlechter in Bezug auf Hitze. Wenn Sie Ihre Betriebsspannung kennen (sagen wir 36 VDC), können Sie Ihren Strom berechnen. 3000 Watt/36 Volt = 83 Ampere.

Es gibt Transistoren, die 36 Volt und 83 Ampere verarbeiten können, aber wie viel Wärme wird mit dem Abfall von 0,3 V erzeugt? 0,3vx 83 = 24,9 Watt Wärme.

MOSfets haben eine andere Nummer. Der EIN-Widerstand und das Beste, was Sie tun können, sind etwa 0,05 Ohm Einschaltwiderstand. Außerdem können MOSfets parallel verdrahtet werden, sodass zwei 50-Watt-Pakete verwendet werden können, wenn Sie 100 Watt verarbeiten müssen.

MOSfets laufen am kühlsten, aber alle erzeugen etwas Wärme bei der Verwaltung als Schalter, und alle haben Grenzen, wie viel Wärme ihre Verpackung vor dem Ausfall verträgt. Silizium versagt im Allgemeinen bei etwa 150 Grad Celsius.

Wenn Sie Strom wollen, können Sie der Hitze einfach nicht entkommen, und es ist die Hitze, die zerstörerisch ist.

Aber ich bezweifle, dass MOSfets Ihre Frequenzanforderungen erfüllen werden.