Добрый день уважаемые специалисты

Помогите пожалуйста расчитать максимальный допустимый ток
прибора IRG4PC40UD на частоте коммутации 50 кГц
и темпиратуре корпуса 60 градусов

De}{teR

Есть книга SemenovSilovayaElectronicaTII в ней подробно рассматриваются импульсные блоки питания. Я думаю что на ваш вопрос там есть ответ. Если вам нужна эта книга напишите, куда ее залить, а то что-то не могу присоединить файл к ответу.

В книжках семенова как и в документации на транзистор приведен график максимального тока
(не импульсного) в зависимости от частоты
ПРИ ЗАДАННОМ НАПРЯЖЕНИИ УПРАВЛЕНИЯ И ТЕМПИРАТУРЕ 150 Градусов

Если я чтото пропустил или в новой книжке появилось чтото новое - ткните меня носом пожалуйста

По книжке Семенова ограничение максимального тока связано с потерями переключения и в конечном итоге с нагревом

У меня ситуация иная
при токе 3.5 ампера и напряжении 120 вольт
(лабораторный источник)
Горят транзисторы оставаясь весьма холодными
Последние сгорели на темпиратуре корпуса 35 градусов
Темпиратура росла медленно
Транзистор спекся в точку (затвор эмитер и колектор звонятся)

Причем интересно что последним экспериментом я спалил диагональ моста
2 других транзистора остались живы (или подпалены) но не спеклись

Если ктото имеет какието соображения и идеи - пожалуйста напишите

Спасибо

De}{teR

Очень странно, что при таком маленьком токе (для этих транзисторов) они выходят из строя при этом не нагреваясь.
Я думаю что где-то в схеме превышается максимально допустимое напряжение, например Gate-to-Emitter Voltage оно всего лишь ±20в.
Вообще-то тяжело посоветовать, не увидев схемы.

Схема - класический 2-х фазный мост
Управление от HCPL3120 Оптодрайверов
Пиатние верхних ключей - отдельное
+15
0
-2
Стабилизировано кренками 15 вольт и
снизу подперто диодами

Источник проверен - с ним проблемм нету

Затворы шунтированы 20ю килоомами



В нагрузке моста - трансформатор
8 витков на феррите Сечением с 2 пальца

Пока грешу толька на управление

Если есть идеи - подскажите пожалуста

De}{teR

Транзисторы могут также выбиваться выбросами напряжения на коллекторе. Раз транзисторы не греются - то скорее всего воздействие не токовое, а напряжение.

Дело в том что это произошле при напряжении питания около 100 - 120 Вольт
Транзистор на 600 вольт наврядле пробьется

Смотрел осцилографом выбросы
Есть но небольшие
Вольт 10 - 20 при 100 вольтах

Пока думаю что виновата схема управления
(завис контроллер и открыл ключи диагонали длительно)
Строю схему защиты от этого

Ещо в разной литературе очень много мнений об эфекте защелкивания
Одни говорят что транзисторы IR никогда незащелкиваються а другие - наоборот

Есть ли опыт по этому поводу ???

может управление медленное? уверен что во всех точках осциллограммы пральные?
транс не перемагничивается -витков мало? Дроссель де?

схему картинкой пожалста...
и осциллограммы аналогично - на затворах и на ср.точке.

Что подразумевается под названием 2-х фазный мост? то же что в народе под термином мост, "full bridge"

кстати поставь пока транзюки IRF840 - когда отработаешься - поставишь IGBT, а то ща в трубу вылетишь со своими экспериментами.

Если ток превышал бы максимально допустимый ток транзистора, то скорее всего эти транзисторы не пробивались (как у вашем случае), а сгорали и вообще не звонились ни в какую сторону.
Превышение напряжения на затворе (например, незначительный выброс) может легко вывести транзистор из строя, именно пробив его.

Управление весьма нормальное
С ШИМОМ ничего "Такого" непроисходит
Обратных связей пока нет
Нагруска постоянная - 2 тена по киловату
Меняю скважность - смотрю токи и напряжения
Ничего аномального незаметил

Схему дать сложно таккак она на бумажке
Это fullbrige как ты говориш
Посмотри в книжке Семенова - она точно такаяже

Полевики ставил - вот что происходит
У них очень медленный внутренний диод дла частоты 50 кГц
Изза этого большие потери переключения
Да и заряд затвора им нужен побольше чем ИЖБТ
Драйвера на 2 ампера их еле шевелят.

На 2 киловатта греются и сгорают
IRFP460 С радиатором и вентилятором от Дюрона =)
КПД приэтом гдето 80 - 85

На мосфетах можно - но нада внутренний диод исключить
а это деньги и потери

Насчет цены ИЖБТ irg4PC40UD в нашем магазине стоит на
2 гривны (0.2 бакса) дешевле чем мосфет IRFP460
Хотя денег всеравно жалко

Странно

Досихпор у меня от перегрузки по току мосфеты сгорали именно так как эти ИЖБТ
Тоесть звонились все электроды накоротко

ИЖБТ горят подругому ???

Напряжение на затворе стабилизирована микросхемой 7815 в народе называемой КРЕНКОЙ =)
Ну некуда ему быть больше 20 вольт

ИЖБТ транзистор это не совсем полевик, это гибрид полевого и биполярного. Как они горят, у меня большого опыта нет, поэтому спорить не буду.
ДА, а как там, на счет сквозных токов? Их точно нет?

Сквадность ограничена - 0.45
Потребление прибора (моста) на 100 Вольт - около 10
милиампер и независит от скважности
Это связано с перезарядкой выходных емкостей транзисторов.

Обращаю внимание что сгорела именно диагональ моста
а не вертикаль как обычно бывает при сквозняке

Всеже как определить максимальный допустимый ток
на данной частоте и темпиратуре ктото знает ???

На Fig. 1 изображена нагрузочная зависимость от частоты. Вот только не пойму, при какой температуре

Девайс нетот
Для IRG4PC40UD
немного другая характеристика

Темпиратура там написана - 150 Градусов
А что за ток - опять неясно Средний или импульсный
Хоть бери и пиши в IR =)

Сори за левый девайс.
Насчет температуры 150 градусов мне не совсем понятно. Исходя из графика Fig. 4
Максимальный ток должен быть равен нолю при такой температуре.
Я понял этот график Fig. 1 был построен при температуре 125 с
А вот что такое Tsink=90 не совсем понятно.

Насчет 150 - перепутал - 125
Tj - Темпиратура крастала
Tc - Темпиратура корпуса
Tsinc - Темпиратура радиатора (наверна)

Толька вот как пересчитатьэто все для другой темпиратуры -
или это все справедливо толька для максимальной а для темпиратуры ниже
он может работать на токе Ic

Теоретически если он пробиваеться теплом
(или импульсами тепла + постоянная составляющая)
то может быть и так

темное это дело - ИЖБТ

Извините, что вмешиваюсь, транзисторы могут гореть из-за перенапряжений при коммутации. Эти перенапряжения очень трудно увидеть на осцилографе из-за их наносекундного диапазона. Нужно убедиться, что звено постоянного тока сделано низкоиндуктивным. Т.е. емкость после выпрямительного моста соединяется короткими и плоскими шинами с коллекторами верхних и эмиттерами нижних транзисторов. Так же хорошо поставить снабберные конденсаторы, но могут тут быть варианты с RCD-цепями. Попробуйте поработать только на активную нагрузку - и сравнить результат.
Удачи!

И еще, IR-транзисторы нужно обязательно в полном мосте запирать минусовым напряжением -5(-10), посмотрите правильность включения 3120 (частота коммутации не более 20кГц), там ОБЯЗАТЕЛЬНО должен быть конденсатор на выходе между плюсовым питанием и общей точкой (эмиттером). У нас был случай, что тр-ры на 600 амепр горели как свечки при токе 100 ампер, частота 20 кГц. Огромная мощность выделялась при коммутации - даже нагреваться не успевали. Снизили частоту, сделали правильные шины, поставили снаббера и все стало в порядке.
Удачи!

А в других производителей ИЖБТ транзисторов более подробной информации нет?
Может там более подробно описано. Или тоже такая огрызочная инфа?

Подробнее ничего ненашел

И еще, IR-транзисторы нужно обязательно в полном мосте запирать минусовым напряжением -5(-10)

По этому поводу в датащитах пишут иначе - кто знает почему ?

У меня напряжение запирания -2-3 В (Падение ан 2-х диодах)

Почему частоту нада настолька снизить ?
Вроде обещали что транзистор работает до 60кГц

Обязательно вмешивайтесь
Ваши советы и поддержка очень нужны мне




Вроде дорожки от емкостей к транзисторам короче уже небудут - около 6 СМ и толщиной до 1.5 см
Кроме того возле каждой вертикали стоит С = 0.47 мКф (Керамика)

Осцилограф у меня до 60 мГц (200 мегасемплов)
должен видить все

Всплески напряжения всеравно есть
но небольшие - гдето вольт 10 - 15 при 100 В питании.

Думаете они могут причинить проблеммы ?


Всем огромное спасибо за внимание и участие

De}{teR

IR-транзисторы только в схемах электронного балласта (лампы) не требуют минусового запирающего напряжения. Шины ОБЯЗАТЕЛЬНО надо делать плоскими, "седвич" - плюс, изоляция(текстолит), минус.
Драйвер 3120 не потянет 50 кГц, только 30, да и то под вопросом. Посмотрите по форме тока, трансформатор не насыщается ли. Посмотрите не проседает ли напряжение питания непосредственно на драйвере при коммутации. Т-р будет работать на 60 кГц, но с ВОЗМОЖНО токами меньшими раз в 10-20. Проблема в частотных свойствах обратных диодов. При отпирании нижнего и запирании верхнего тр-ра, нижний сначала включается на сквозной ток, так как диоду нужно время что бы запереться.
Удачи.

Драйвер HCPL-3120 имеет фронты на выходе 500 Наносекунд
Что составит на 50 кГц = 20 Микросекунд 2.5 процента от периода
Транзистор всеравно невключится быстрее и темболее невыключится
Почему это драйвер непотянет ???




Во всех АпликейшенНоутах от IR все схемы драйверов ИЖБТ
НЕ ИМЕЮТ отрицательного смещения (запирающего сиграла)

В Документации на транзистор все диаграммы сняты при напряжениях на затворе 0 и 15 вольт


Темнемение я сделал его гдето -(2-3) вольта

Непонятно почему такие разногласия у нас с IR



Время обратного востановления диода это очень важно
По этой причине я отказался от полевика IRFP460
У него диод ооочень долго востанавливается

У ИЖБТ почти на порядок быстрее
Значит и потери на Сквозняк меньше

Всетаки непонимаю почему они горят
Причем оставаясь холодными

Всем спасибо

De}{teR

За ложную информацию по драйверу прошу прощения. У нас реч шла о 120-150 кГц, а не о 20-50 кГц. Не получилось на высокой частоте. Посмотрите форму тока в трансформаторе, нет ли насыщения. И сделайте защиту по амплитудному значению тока.

Насыщения нет
Форму смотрел
По расчетам транс считали на 5 кВт а работаем на 2 - 2.5
Ну никак он ненасытица

По поводу защиты по ИМПУЛЬСНОМУ ТОКУ току

1. Мы так и невыяснили сколька можно разрешить транзистору на этой частоте и при этой темпиратуре
Может вы подскажите ?
2. При снижении скважности импульс тока увеличивается - как мне защищаться ?? Закрывать ключи совсем ?

Не могли бы вы отослать мне книгу SemenovSilovayaElectronicaTII на Vasilii_tsvetkov@hotmail.com
Я ее давно ищу.
Заранее благодарен,
Василий

1.а попробуйте поставить последовательно с первичкой мощный дроссель на 50 микро и посмотрите что получиться.....
2. паразитного звона ( К-Э) при закрытии ключей нет?

Надо подумать... Попробуйте на меньшей нагрузае, снизте её раза в 3-4, посмотрите что получится. На холостом ходу горят тр-ры?

Последние 4 сгорели при 120 вольтах на входе и 3.5 амперах потребления по постоянному току
Импульсный ток был гдето в 2 раза больше - Скважность - 0.45

Скоро куплю шнурок и выложу картинки с осцилографа

Так что ??
Никто незнает сколька у транзистора допустимый ток в импульсе?

Снижайте частоту, проробуйте в 2-3-4 раза. Но при этом и параметры трансф-ра то же нучно скорректировать.

Думаю если спалю завтра транзюки
то так и сделаю

Плохо что медь в окне непоместится

Дешевле для меня другие транзисторы купить
чем новый транс такого габарита

Может всетаки ктото знает как посчитать максимальный ток?

Уже готов в IR писать
Наверна так и буду делать если сгорит

Какая нагрузка, поподробнее, R, L и как конструктивно это оформлено (металлический кожух, что и как заземлено).

Плата сделана утюгои
2 стороны
Дорожки толстые (с палец)
Радиатор от атлона - большой квадратный
Много ребер
Обдуваеться вентилятором

Транзисторы - через слюду и термопасту

В нагрузке моста стоит трансформатор собраный на 4-х Ш образных
EE5529 из материала CF138 производства CosmoFerrites

Первичная обмотка содержит 8 витков жгутом по 5 проводов диаметром 0.8
Вторичная со средней точкой 6 витков по 6 такихже проводов

Дальше стоит 2 диода и 2-е емкости последовательно
с уравнивающими резисторами.

Нагрузка - 2 тена по 1.5 киловат гдето
Провод на них толстый - витков мало - думаю можно
считать ее чистоактивной

Пока ни L,С фильтров ни заземления ни кожуха нету
Ясно что без них необойтись в конечном итоге
но пока должно работать и без них.

Как успехи после снижения частоты?

На сайте https://www.semicon.melco.co.jp/dm/bin/u_als_form_e.pl есть программа моделирования, у семикрона то же есть прога "Семисел", у Инфинеона, но той надо осторожно пользоваться. Можно провести некоторые параллели с IR, по частотным свойствам.

У слюды плохая теплопроводность, танзисторы могут быстро перегреться и сгореть, а радиатор даже не нагреется. А вообще, нужно смотреть ток транзистора и напряжение на транзисторе. Намотайте трансформатор тока и посмотрите, есть ли иголки тока.

Пока неснижал
Очень неохото перематывать транс

Пока делаю защиту от глюка атмеги которая всем управляет

Защита будет затыкать ключи если длительность откр. сост. привысит
период.

Поавилось куча мелкой работы - поэтому все двигается медленно

Как сделаю и испытаю - расскажу

Опять все бабахнуло у меня

Сделал 40 кГц
Сделал RCD снаберы

Включил на 220 В
Смотрел ток и напряжение
Выбросов напряжения небыло вообще
Помехи в токе были - шунт имеет индуктивность - а диоды - конечное быстродействие и падение

Ток в импульсе на скважности 0.45 - 25 ампер - Трапеция

Прямоугольная составляющая гдето 15 - 18 ампер

Транзисторы - 65 градусов (сам корпус)

Насышения транса нет
Ток красиво нарастает и никуда незагибается

Через минуту неприрывной работы пробился один из верхних транзисторов
Остальные живы - но всеравно придеться выкинуть

Печально

Буду искать транзисторы с бОльшим током

Может кто знает сколька этому
прибору можно давать в импульсе ?

На индуктивном шунте сложно померять ток, всю форму сигнала он исказит. Попробуйте тр-р тока, или на основе эффекта Хола датчики - LEM, Истринские, Хонивел. 600 амперный модуль *NFH* ф. Митсубиси на 40 кГц можно использовать только при 100 амперах -рекомендации самой фирмы. Попробуйте тр-ры с большим током.

Вместо слюды лучше использовать Номакон или что-то в этом роде. А по даташиту при 40 кГц ток не должен превыщать 10 ампер. А Вы завысили его в примерно 2 раза, хоть и скважность 0.5. Попробуйте - тр-р то же в корпусе ТО-247, но ток ампер 70 при 25С - IRG4PC71...
Удачи.

При данных условиях и напряжении питания 120В (ваш аварийный случай) этот прибор может коммутировать 30 А.

Так что дело скорей всего не в тепле а в грамотном управлении.
Хотя встает вопрос как вы измеряли температуру корпуса ?
Или вы всетаки мерили температуру радиатора ? Тогда это могут быть две большие разницы.

Посчитайте тепловое сопротивление вашей прокладки. У слюды теплопроводность порядка 0.4 Вт/(МхГрад).
Я не знаю толщины вашей прокладки.
Но для 100 микрон получается порядка 1.4 град/ватт
А с учетом монтажа транзистора еще +0.24, итого 1.65 град/ватт !
С учетом этого при температуре радиатора 60 град, допустимая мощность потерь понижается с
84 ватт до 27. А ток до ~11 А.


По поводу управления: делать такую машину на микроконтроллере без аппаратных защит от аварийных ситуаций полный бред.
В DSP для электропривода есть специальные ноги которые аппаратно выключает ШИМ выходы при наличии сигнала аварии. Плюс сильные ограничения в программировании ШИМ каналов при работе оных. Все можно менять только при инициализации ШИМ каналов до их включения.

Защита по току обязательна ! И категорически рекомендуется не шунт, а трансформатор тока в цепи первички трансформатора.
Также обязательны аппаратные методы предотвращения сквозняков в полумостах.

Это импульсный или средний ток ?
Расскажите пожалуйста как вы посчитали ?
Или Если есть источники в которых подробно описан расчет - покажите пожалуйста


Спасибо всем

De}{teR

Это амплитудное значение тока, при условии что он прямоугольный.

Как считать тепло посмотрите у Хорловица с Хиллом, помоему азы там даны, которых вполне достаточно для оценок.

Получаете максимальную рассеиваемую прибором мощность мощность.

По поводу методик расчета потерь в IGBT я затрудняюсь с ходу дать источник в котором все расписано, на досуге посмотрю у себя, а пока объясню на пальцах.

Смотрите в доку на прибор считаете отдельно статику, отдельно динамику. Для нескольких значений тока. Складываете и смотрите укладываетесь или нет.

В случае IR даются ПОЛНЫЕ потери в mJ на переключение при определенном напряжении питания в зависимости от тока ключа. Если напряжение другое, надо пропорционально пересчитать энергию переключения. Множите на частоту и получаете динамику.

"При данных условиях и напряжении питания 120В (ваш аварийный случай) этот прибор может коммутировать 30 А."

Уважаемый SmartRed. Поясните, пожалуйста, Ваше предположение. Оно только теоретическое или Вы на практике пробовали это? О какой частоте идет речь?

Я это посчитал исходя из документации на прибор при условиях:
температура кристалла 125, корпуса 60, напряжение 120 В, частота 50кГц, сопротивление в цепи затвора 10 Ом, работа в полумосте с такимже IGBT на индуктивную нагрузку.

Добрый день

Вчера купил новые транзисторы и прокладки из слюды заименил на резинки
(Неокон если неошибся)
После чего радиатор начал гдется =)

Надеюсь что причина всетаки в тепле
Слюда была очень толстая





Насчет максимального импульсного тока - В датащитах на мосфеты с IR.ru видел вот что

Iипм = D*Ic
Тоесть импульс тока может быть больше чем максимальнодопустимый ток в 1/D раз
D - скважность

Это значение ограничено 160 амперами на 5 мкС
Тоесть в конечном итоге теплом

Есть еще один непонятный момент
В датащите тепловое сопротивление падает с частотой
Тоесть импульсы тепла легче рассеять
Это действительно так ?


Всем Спасибо

De}{teR

Уважаемый SmartRed! Не могли бы Вы привести свой пример расчета для требуемых параметров - частоты, тока, напряжения.

По моим соображениям - по графику зависимости тока нагрузки от частоты, получается, что при частоте 40кГц ток RMS за период может быть где-то ампер 8-9, т.е при скважности 0.5 - амплитудное значение - 16-18 ампер, тепература кристалла -125С, корпуса - 90С. Но ведь есть еще и ипульснный ток восстановления диода, которы пусть и протекает кратковременно, но его амплитуда большая. Нагрев будет еще больше. Тем более, в преобразователе будут, наверное, перегрузки. Их тоже нужно учитывать. Поэтому 1.5-2-кратный запас по току не помешает и даже необходим. И еще - производители трехфазных преобразователей для электроприводов не рекомендую перегревать радиаторы свыше 25-30С над окружающей средой. Это не совсем подходит под наш случай, но все же...Силовая электроника не терпит крайностей. Хотя, давайте обсуждать дальше.

To alex2703

Я думаю что считать нужно потери
А потом через тепловое сопротивление нагрев кристала
Причем тепловое сопротивление радиатор - среда лучше определить экспериментально
Считать сложно и точно наврядле получится

Расчет подобных тепловых процессов приведен очень доступным языком в книжке Семенова
импульсный ток зависит от среднего через скважность и ограничен для моего случая 160 амперами

Конечно стоит сделать запас

Всем спасибо за советы и общение

De}{teR

P.S.
Пока у меня заработало все на 2 кВт
Нужно на 3
Сейчас переделываю нагрузку и жду диодов на выход помощьнее

Сразу оговорюсь, что я отвечал на вопрос вопрошающего о максимальном коммутируемом
токе, при котором может работать IGBT исходя из его требований. Вопросы защиты от перегрузок,
т.е. однократные режимы а также выбор запаса по току это отдельная тема и я ее не затрагивал.

Документация на IGBT у IR откровенно плохая. Даны только полные потери на переключение
(сумма потерь на включение, восстановление диода и выключение) и нет параметров эквивалентной
схемы замещения для моделирования температуры кристалла в импульсных режимах по которой
построен рис. 6 для IRG4PC40UD, нет единообразия по предоставленным данным часть дана
при 125 а часть при 150 градусах.

Что такое грамотная дока смотрите например у Infineon и Eupec.

Привожу пример расчета для интересующего вас случая.

Имеем IRG4PC40UD
на рис.1 дан график эффективного значения коммутируемого тока в зависимости от частоты
при следующих условиях:
температура кристалла - 125 (150 максимальная рабочая)
температура радиатора (а не корпуса как вы написали) - 90
коэффициент заполнения 0.5
напряжение - 360 В

еще сообщается что управление затвором 15В через 10 Ом
и что потери на включение учитывают восстановление диода.

Для частоты 40 кГц по рис.1 имеем порядка 8 А эфф.
Амплитуда будет
Io = 8 / sqrt(0.5) = 11.3 А

средний ток
Iavg = 11.3 * 0.5 = 5.65 А

Посчитаем статику:
По рис. 2 напряжение в открытом состоянии при нашем токе порядка 1.5 В.
Статические потери:
Pstat = 5.65 * 1.5 = 8.5 Вт

Посчитаем динамику.
Полная энергия переключения по рис. 11 при 480В питания и токе 11.3 А порядка 0.9 мДж.

При 360 В энергия переключения будет (360/480) * 0.9 = 0.675 мДж.
Потери на коммутацию:
Psw = 40e3 * 0.675e-3 = 27 Вт.

Таким образом общие потери составили
Ptot = 27 + 8.48 = 35.5 Вт

на рис. 1 заявлены общие потери 35 Вт. При таком качестве предоставления графической
информации ошибка в 1.5% весьма сносна.

Так как типовое тепловое сопротивление корпус радиатор порядка 0.24 град/Вт,
температура корпуса будет:
Tcase = 0.24 * 35.5 + 90 = 98.5 гр.

Далее, чтемпература кристалла IGBT будет Tj = Tcase + Ptot * Rth jc =98.5 + 35.5*0.77 = 125.8
т.е. близко к истине.

При построении графика рис.1 судя по всему не учтены потери в диоде.
Однако вклад потерь в диоде на температуру корпуса небольшой, поряда 3 - 5 градусов.

TO SmartRed
Очень странная у Вас методика расчета

Вы берете радиатор из Датащита
и постоянно пользуетесь графиком на Рис1

Судя по всему радиатор в устройстве по которому снимали Рис1 очень плох
Действительно для такого радиатора допустимые токи транзистора довольно таки невелики

Но ПОТЕНЦИАЛЬНО транзистор может рассеить 180 Вт а у Вас потери 35Вт


Io = 8 / = 11.3 А

Эту формулу я вообще непонимаю
На сколька я знаю при токе прямоугольной форму со скважностью 0.5 действующие и средние значения тока равны Im*D = Im*0.5

sqrt(0.5) появляется на синусоидальных токах (биполярных)

На данный момент устройство работающие на транзисторах IRG4PH50KD
с радиатором и вентилятором спокойно качает мощьность 3.5 кВт от сети 220 В
А по вашим расчетам для IRG4PH50KD (он намного медленее)
через него на 50кГц можно пропускать ампера 2-3

Темпиратура радиатора - 44 гралуса
Темпиратука корпуса - 55 градусов
Кристалл - по расчетам - до 70

Тоесть теоретически можно и больше качнуть

Практически попробывать немогу - транс нетянет

А методика ПРАВИЛЬНАЯ расчета так и осталась загадкой