SOA Área máxima de operação segura

Bruxos · 16 de dezembro de 2016

Ola pessoal.

Me ajude enter essa parada louca ai.

IGBT IRGPS60B120KD datasheets diz seguinte: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irgps60b120kd.pdf

VCES 1200V VCE(on)

typ. = 2.50V@ VGE= 15V,

ICE = 60A, Tj=25°C

No gráfico SOA 1000V suporta menos que 1A 10 ms

Correto isso?

È isso mesmo?

IRGPS60B120KD.pdf

biellokao12 · 16 de dezembro de 2016

@Bruxos Se eu nao estou enganado, isso tem a ver com a posiçao em que seu gabinete esta alocada junto com a dissipaçao de temperatura.

aphawk · 17 de dezembro de 2016

@Bruxos ,

Sim, é isso mesmo, senão ultrapassa a temperatura máxima da junção e adeus IGBT ....

Paulo

Bruxos · 17 de dezembro de 2016

1A 1000V sem dissipador (correto)

Frequência 30khz ,com bom dissipador, bom cooler consigo uns 5A ?

adicionado 40 minutos depois

Deixa ver se entendi.

Frequência de chaveamento 100us =10 kHz

Tensão 900V

Neste caso conseguira uns 10A? ( bom dissipador cooler)

Correto?

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irgps60b120kd.pdf

https://www.unitjuggler.com/convert-frequency-from-µs(p)-to-kHz.html?val=100

Forward SOA.pdf

aphawk · 19 de dezembro de 2016

@Bruxos ,

Sim, para um periodo de 100uS conduzindo, consegue os seus 10A.

Acho melhor eu te explicar uma coisa : esse limite não pode ser ultrapassado, independente de seu dissipador ser normal ou um 10 vezes maior que o necessário, o que está em jogo é a temperatura que é atingida na junção semicondutora, sem ocorrer a destruição imediata dela.

Ainda assim, procure no datasheet se não existe um fator tipo depois desse período de condução, quanto tempo precisa ficar sem conduzir, para que a junção possa suportar novamente um pulso semelhante. Às vezes o fabricante informa uma taxa de repetição do pulso, por exemplo : podem ocorrer 100 pulsos desse em 1 segundo. Então, nunca suportaria uma frequência de chaveamento de 10 Khz.

Repare no seu datasheet as figuras 24 e 25.... elas te indicam a relação entre o tempo de condução e o tempo de repouso. Se não respeitar isso, adeus juncão....

Percebeu como o assunto é mais complicado ?

Paulo

Bruxos · 19 de dezembro de 2016

Hummmm!!

Deixa ver se entendi.

EX:1

Na figura 25 se pulso for retangular com duração ON 1 Segundo, pode ser repetitivo cada 0.1 segundo ou 100 ms (aproximadamente) = 10hz

EX:2

Na figura 25 se pulso for retangular com duração ON 0,20 Segundo, pode ser repetitivo cada 0.0001 segundo ou 100 µs (aproximadamente) = 5hz

Mais ou menos isso?

https://www.unitjuggler.com/convert-frequency-from-s(p)-to-Hz.html?val=0.1

aphawk · 19 de dezembro de 2016

@Bruxos ,

Não ...

Fig 25, um pulso de 0,01 segundo , se usado com um duty cicle de 0,5 ( isto é, fica 0,01 segundo conduzindo e depois 0,01 segundo sem conduzir ), faz o aquecimento na junção reduzir a 80% da máxima que foi atingida durante o pico.

Se nessa situação o duty cicle fosse de 0,2 ( 0,01 segundo conduzindo e depois 0,04 segundo sem conduzir ), o aquecimento cairia para 70% da máxima.

Só uma coisa, a figura 25 se aplica ao diodo apenas, que conduz na tensão inversa do IGBT.

Mas não sei como fazer o cálculo para obter a máxima frequência levando em conta essas informações ... isso de IGBT apareceu bem depois que me formei, e nunca usei isso... e tem também de levar em conta o gráfico da figura 24, que é relativo à junção do IGBT também, pois o diodo só pode conduzir quando o IGBT estiver desligado, e geralmente o aquecimento devido ao IGBT é muito maior do que o do diodo.

Quem sabe o @MOR possa dar uma ajudazinha aqui para mostrar o processo de cálculo ?

Paulo

MOR_AL · 19 de dezembro de 2016

Bom. Vamos lá.

Em qualquer dispositivo eletrônico a temperatura da junção tem um limite, além da qual, o dispositivo pode queimar.

O importante é gerenciar o processo de subida da temperatura para que a junção não ultrapasse o valor limite estipulado pelo fabricante.

Além deste fato, há outras limitações, por exemplo, a máxima tensão de bloqueio permitida, a corrente máxima permitida, etc.

Quanto a corrente máxima permitida, sua influência é que provoca um aumento de temperatura na junção. Este aumento não é só provocado por um valor constante, que limitaria em um certo valor. Vamos chamá-lo de IccMáx.

Ocorre que normalmente a aplicação desta corrente não é contínua. Sendo assim, estipulou-se um período t1, em que a corrente (maior que IccMáx) pode ser aplicada DESDE QUE exista outro período Toff que o dispositivo não esteja conduzindo. Se estes pulsos forem aplicados, o aquecimento da junção não ultrapassa o valor limite de temperatura. É como se durante o período t1 (de condução) a temperatura subisse mas não atingisse o seu valor máximo. Durante Toff a temperatura baixasse. Então a temperatura de junção ficaria repetindo entre dois limites.

Ocorre que o pessoal fez um gráfico das possibilidades de aplicação deste pulso. Este gráfico tem como parâmetros t1 e t2. t1 é o período Ton, mas t2 não está definido. Já procurei no manual, mas não achei. Acredito que possa ser o período total T = Ton + Toff.

Bom. Então para interpretar o gráfico, começa-se por determinar o período t1 e o período T, que nosso projeto deve funcionar. Isso tanto para a parte do IGBT, como para a parte do diodo. Com isso conhecemos o valor de D.

Com os valores de D e t1, podemos conhecer o valor de Z no gráfico em relação ao seu valor normal (o gráfico está normalizado).

Daí, conhecendo-se a corrente de condução e a tensão de condução, calcula-se a potência tanto para o IGBT como para o diodo. De posse dessas duas potências calcula-se o valor médio da potência. Nunca trabalhei com IGBT, mas também deve-se calcular o valor da potência de transição entre o corte e a saturação e vice-versa.

Com o valor da potência dissipada TOTAL, entra-se com a fórmula.

Tj = Tc + Zthjc * P total. Onde:

Tamb é a temperatura ambiente máxima que o vai funcionar. Observar que se dentro de uma caixa, a temperatura ambiente máxima é superior a temperatura ambiente, externa à caixa, máxima.

Tc é a temperatura do invólucro (case em inglês) do componente. esta temperatura é dada por:

Tc = Tamb + Ptotal * ZCAmb, onde ZCAmb é a resistência térmica do dissipador entre o Case e o Ambiente, considerando t1 e t2 (vem do gráfico).

O Zthjc da equação de Tj é o valor Zthjc do gráfico, vezes o valor de Zcj entre o case e a junção do semicondutor. Zthjc = Zthjc do gráfico * Zcj.

Como você pode ver, o cálculo não é nada trivial.

Além do fato de que, quando os dissipadores forem pedaços de alumínio, não se conhece o valor de ZCAmb. Mas os fabricantes de dissipadores fornecem este valor. O difícil é encontrar o dissipador no comércio.

Quando há ventoinhas ainda temos que levar em conta sua influência. Aí é que fica mais difícil calcular o valor de Tj.

Observar também, e é muito importante, que a vida útil do dispositivo diminui mais na medida que mais trabalha próximo ao valor da temperatura máxima da junção. Normalmente faz-se os cálculos para que a máxima temperatura da junção não passe de UNS 85% do seu valor máximo.

Lembro que este trabalho é mostrado aos alunos de engenharia eletrônica, devido a sua necessidade e sua complexidade, mas nem sempre os cursos mostram. Temos que garimpar tanto nas bibliotecas, nas notas de aplicação (AN Application Notes) dos fabricantes, como na internet.

Muita gente não calcula e testa, até que encontra o dissipador e ventoinha que mantenha a temperatura da junção controlada. Claro que isso tem um custo... De alguns IGBTs.

É isso que posso contribuir. Aliás, fiz um tutorial que mostra como calcular o dissipador, mas que acabou sendo perdido em um tópico do CDH. Foi bom, durante um tempo, quando os tutoriais ficavam em evidência na listagem dos tópicos, mas decidiram terminar com alguns. Lamento.

Bons projetos.

MOR_AL

aphawk · 20 de dezembro de 2016

@MOR ,

Agradeço muito pelas suas explicações.

Eu também achei muito complicado, e isso ficou fora do meu curso na época, e fiz uma pesquisa rápida hoje antes de pedir a sua ajuda, pois não encontrei informações suficientes para poder começar algum cálculo....

E ainda percebí que conforme o fabricante as informações são fornecidas de maneiras diferentes, com gráficos de grandezas diferentes, e resolví deixar esse assunto para quem tem mais experiência !

Quem sabe aparece algum membro do CDH que tenha prática com esse tipo de componente, e consiga transmitir alguns "macetes" sobre o dimensionamento ?

Paulo

Bruxos · 20 de dezembro de 2016

Poxa!!!

Foi uma explicação e tanto hem!!!!

Bruxos · 20 de dezembro de 2016

Bem que o preço e deferente

IRGPS40B120U-8-25 kHz

IRGPS40B120UD-5-40 kHz

IRGPS40B120U1200V UltraFast 8-25 kHz Single IGBT in a TO-274AA packageInternational Rectifier

IRGPS40B120UD1200V UltraFast 5-40 kHz Copack IGBT in a TO-274AA packageInternational Rectifier

http://search.datasheetcatalog.net/key/GPS40B120

São praticamente iguais,mas com faixa de frequência diferentes.

Bruxos · 21 de dezembro de 2016

No gráfico 20A Duty cycle : 50% Power Dissipation = 375W frequência 100khz

MOR_AL · 21 de dezembro de 2016

Sim, mas a temperatura da junção fica no limite. A vida útil vai cair quase a zero. Esses 375 W com a temperatura do invólucro à 100ºC (vide a figura 3).

Se o delta não for de 50% e for, por exemplo de 40%, o IGBT, que conduz durante um tempo maior, vai aquecer além do informado.

Como informei antes, costuma-se limitar a temperatura da junção em 85% do máximo.

MOR_AL