Bonjour à tous, je n'ai pas mis à jour mes articles depuis longtemps. D'un côté, je suis occupé par mon travail et je suis vraiment paresseux. Selon les statistiques, le temps moyen que je passe chaque jour sur mon téléphone portable après le travail est de près de deux heures. C'est dommage. En tant que jeune homme positif et prometteur, comment puis-je me permettre de sombrer ainsi ? Alors j’arrête mon téléphone portable et je continue à faire des articles de vulgarisation scientifique !

CepériodeDiscutonsIGBTDissiper le pouvoir, entendre souvent des amis demanderIGBTQuel est le courant maximum pouvant circuler ? Quelle peut être la fréquence de commutation ? En fait, oui.IGBTQuiconque s'y connaît en application doit savoir qu'il n'existe aucun moyen de donner des résultats précis et quantitatifs sur ces problèmes.IGBTLa fréquence de commutation et le courant de sortie de l'appareil dépendent principalement de la dissipation thermique de l'appareil. Tant que la dissipation thermique est suffisamment bonne, mettez leIGBTLa chaleur générée peut être évacuée à temps, alors vous le pouvez.Overclocking"。La raison pour laquelle les fabricants d'énergie appellent certains tubes des tubes rapides est qu'ils sont optimisés.IGBTLa vitesse de commutation réduit la perte de commutation.quiIGBTQuelle est la consommation électrique de dissipation thermique pendant le fonctionnement ?Peut-être que vous n'avez pas un concept très intuitif. Aujourd'hui, nous allons combiner certains appareils électroménagers etIGBTJetez un œil à la comparaison horizontale de la consommation d’énergie.

Tout d’abord, présentons brièvement la perte de l’IGBT.IGBTLa perte est principalement divisée enPerte de commutation et perte de conductionDeux parties. Les pertes de commutation sont divisées enPerte d'activation et perte d'arrêt，Parce que la plupart des applications de l'IGBT sontCharge inductiveÀ la mise sous tension, le courant de collecteur augmente d'abord, puis la tension chute. À l'inverse, lors du régime transitoire de blocage, la tension de collecteur de l'IGBT augmente d'abord, puis le courant chute, de sorte queIGBTLe processus de commutation, la tension et le courant aurontPartie superposée, Dans ce processus, la tension et le courant sont tous deux positifs, et la puissance multipliée par eux est également positive, donc ce seralibérer de l'énergie。Bien que l'IGBT soit un interrupteur électronique de puissance, il est différent de l'interrupteur mécanique lors de la conduction, et il y aura une chute de tension de plusieurs volts, il produira donc également une certaine perte, appelée perte de conduction.

Pour la plupart des applications industrielles,IGBTIl y aura une diode à l'intérieur. Bien que la diode soit un dispositif passif, comme le dispositif à côté est un dispositif de commutation, elle ne peut pas.prêter attention à sa propre élévation morale sans penser aux autres.À quelle vitesse l'IGBT s'allume-t-il et à quelle vitesse il s'éteint-il ?Cependant, les caractéristiques intrinsèques du matériau empêchent la diode de se bloquer à ce moment précis. La diode doit donc supporter simultanément la tension et le courant inverses pendant un court laps de temps. À ce moment, la puissance multipliée par ces deux valeurs est positive, ce qui nécessite une libération d'énergie. La mise en conduction directe de la diode entraîne également une perte, mais inférieure à la perte à l'extinction. La perte de commutation de la diode correspond donc principalement à la perte à l'extinction. De plus, la mise en extinction inverse nécessite un certain temps de récupération ; la perte de commutation de la diode est donc également appelée perte de récupération inverse. Somme des diodesIGBTDe même, bien que la méthode de modulation de conductance soit adoptée pour réduire la tension continue, il existe encore des1-2VLa chute de tension directe de la diode, qui correspond à sa perte de conduction, ne peut être ignorée sous un courant élevé. Il est difficile de concevoir des diodes, non seulement sous la pression de leurs concurrents, mais aussi face aux nouveaux matériaux.SiCLe risque lié au remplacement des diodes montre que leur résistance à la compression est également extraordinaire. . . C'est un peu hors sujet. Continuez. . .

Après avoir connu la perte de commutation IGBT, regardons-la à nouveau.IGBTLe calcul des pertes, ici Lao Geng veut vous montrer un merveilleux algorithme, le but est de laisser tout le monde en premierIGBTdissipationEt la puissance et l'énergieAvoir une compréhension profonde de la relation. Ici, nous prenons le module 1700 1400 V XNUMX XNUMX A d'Infineon comme exemple pour une explication simple, avec le numéro de modèle deFF1400R17IP4。Les petits amis qui ont lu le contenu passé peuvent demander à Lao Geng pourquoi vous prenez toujours cette pipe comme exemple. Souvenez-vous d'un mot, je suis engagé dans une puissance élevée et la première chose avec laquelle je suis entré en contact est ce module. J'ai des sentiments profonds pour ce module. Jetons un coup d'œil à la relation correspondante entre la perte de commutation et le courant de ce module, comme le montre la figure suivante. :

On peut voir qu'à mesure que le courant augmenteIGBTLa perte de commutation devient plus importante et est également liée à la température. en ce qui concerne1400ALe module, avec une bonne dissipation thermique, peut fonctionner jusqu'à800A, Alors commençons par800APar exemple, il n’est pas difficile de le découvrir à partir de la figure ci-dessus.IGBTDans 125℃ 800ASous le courant de chaque perte d'allumage est280 XNUMX mJ, L'unité peut également êtremW, la perte d'arrêt est420 XNUMX mJ, alors la perte totale de commutation par temps est700 XNUMX mJ.supposerIGBTLa fréquence de commutation de est2kHz,Les 1s d'IGBT génèrent 700 mJ * 2000 = 1400 J de chaleur, soit l'équivalent de 1.4 kWh d'électricité consommée en une heure. Cette génération1400JEquivalent à quelle puissance d’équipement électrique ? Après une simple conversion, il peut être équivalent à un1400WLe vieux Geng a regardé autour des appareils électroménagers, a trouvé la bouilloire à eau chaude fumante et a regardé la célèbre marque.1500W, Par coïncidence, elle est similaire à la consommation électrique du module.

Certains amis pourraient vous trouver trop peu professionnel. Comment pouvez-vous faire cela ? Oui, le calcul ci-dessus est totalement dénué de sens, car il est déconnecté de la pratique et, en même temps, il ne prend pas en compte les pertes de conduction, de diode, etc. L'objectif principal de Lao Geng est de vulgariser la science.Et la puissance et l'énergieLa différence, pour peu que l’on sente qu’il y a quelque chose à gagner. En faitIGBTLa formule de calcul des pertes est complexe et liée à la topologie du circuit, au facteur de puissance,PWMModulation et ainsi de suite. Il existe de nombreuses ressources en ligne pour des formules de calcul détaillées. Vous pouvez les rechercher vous-même, et la plupart d'entre eux proviennent d'un document d'Infineon.Programme de dimensionnement IPOSIM pour le calcul des pertes et thermiques des modules IGBT Infineon"，Si vous ne le trouvez pas, vous pouvez également contacter Lao Geng. Les coordonnées ont été disponibles dans le passé. Ce qui suit est basé sur InfineonIPOSIMLes logiciels de simulation sont couramment utilisés de deux manières.IGBTPour un exemple de dissipation de puissance de l’onduleur, jetez un œil.IGBTQuelle est l’ampleur de la perte en travaillant ?

Maintenant que les véhicules électriques à nouvelle énergie sont si populaires, prenons comme exemple le module Infineon HP Drive FS820R08A6P2B. Il s'agit d'un module d'alimentation automobile à 6 unités. Selon des amis engagés dans les nouvelles énergies, ce module est utilisé dans Weilai, Geely et GM Buick, et c'est un produit vedette. La tension nominale de ce module est de 750 V, le courant de 820 A et il intègre 6 IGBT. La puissance de sortie du driver intégré peut atteindre 200 kW, ce qui est particulièrement avantageux pour les véhicules particuliers. Le module et son circuit interne sont illustrés dans la figure suivante :

Infineon IPOSIM est utilisé pour une simulation de puissance simple. Avec une tension de batterie de 400 V, un circuit de sortie de 500 A et une fréquence de commutation de 8 kHz, la puissance dissipée d'un seul IGBT est de 500 W, et celle du module entier d'environ 3000 XNUMX W. Geng a de nouveau regardé autour des appareils électroménagers et a découvert que la puissance du chauffe-eau pour le bain n'était que de 3000 XNUMX W. Quelle coïncidence. À ce moment-là, il doit y avoir des amis qui diront : Lao Geng, comment peux-tu être aussi calculateur ? Haha, tu sais. . . Il est difficile d'imaginer qu'un tel module de la taille d'une paume puisse générer autant de consommation d'énergie lorsqu'il fonctionne.

La puissance de dissipation thermique du module ci-dessus est importante. Construisons un module de grande taille, en prenant comme exemple un onduleur haute puissance moyenne tension 3300 4500 V à trois niveaux. L'onduleur utilise un module IHV 1200 500 A et 12 6 A avec un courant de sortie de XNUMX A. Au total, XNUMX modules IGBT et XNUMX diodes sont nécessaires pour les trois niveaux, comme illustré dans la figure suivante :

À demi-tension de bus2800V,courant de sortie500A, fréquence de commutation1kHzLes données de simulation sont présentées ci-dessous et on peut voir que la perte de commutation du tube extérieur à trois niveaux est proche.2500W, la perte de commutation du tube est seulement740W,C'est principalement lié à l'état de fonctionnement de l'onduleur. Plus tard, lorsque vous en aurez l'occasion, vous pourrez aborder ce sujet spécifiquement, je n'en parlerai donc pas dans ce numéro.

Après un calcul simple, la consommation électrique totale d'un seul bras de pont à trois niveaux est de 8,400 25 W et la consommation électrique totale de ces trois phases est d'environ 3 kW. Cette perte de puissance est encore très importante, mais à l'heure actuelle, la puissance de sortie de l'onduleur est également très importante, près de XNUMX MW. En regardant autour de vous, il semble qu’il n’y ait pas d’appareils aussi gros dans la maison. J'ai soudain pensé que je venais de payer la facture d'électricité il y a quelque temps. J'ai regardé la liste. La facture d'électricité mensuelle moyenne est de 200 kWh et la facture d'électricité de 100 yuans, soit environ 7 kWh par jour pour 3.5 yuans. Cette consommation électrique devrait correspondre à celle de la plupart des foyers. Si l'onduleur mentionné ci-dessus fonctionne à pleine charge, à combien de consommations électriques la chaleur générée par l'IGBT équivaudra-t-elle ? Quelle est la facture d’électricité gaspillée en une journée ? Les amis intéressés peuvent calculer eux-mêmes. Voici directement la réponse : 89 ménages, 312 yuans. Êtes-vous surpris? C'est presque assez d'électricité pour les utilisateurs d'un bâtiment. Oh, certains amis ont rappelé qu'il fallait le calculer en fonction de la facture d'électricité industrielle. Eh bien, le prix est plus élevé. . .

 Certains des cas mentionnés ci-dessus ne sont que de simples données de simulation, et il existe un certain écart entre elles et leur application réelle. Ne soyez pas trop sérieux, considérez-les comme de la science populaire. Cependant, il est facile de comprendre l'importance de la dissipation thermique des IGBT. Une telle quantité de chaleur mal gérée peut être dangereuse. . .

Ok, partageons-le ici aujourd'hui. S'il y a quelque chose qui ne va pas avec le contenu ci-dessus, critiquez-moi et corrigez-moi ! Si vous sentez que vous avez gagné quelque chose, merci de l'aimer et de le transmettre, afin que cet article puisse être vu par davantage de personnes dans le besoin. Merci!Pour en savoir plus sur le matériel électronique de puissance, veuillez rechercher « Dr. Geng's Power Electronic Technology » du compte officiel WeChat sur WeChat, qui sera mis à jour chaque semaine pour vous emmener dans l'océan de la technologie électronique de puissance !Certaines photos proviennent d'Internet. En cas d'infraction, veuillez contacter l'auteur pour les supprimer !