igbt Gate Direnci

[F493]

Merhaba,

   Çünkü hangi direnci bağlayacagımı gösteren başka bir grafik yok. Gate direncini uygulamaya bağlı olarak değiştirecekseniz neyi referans alacaksınız. Ben en azından dışarıdan gate direnci bağlanmayan bir igbt görmedim. Alt ve üst degerlerin size verilmesi lazım ki sizde direnç degerini belirleyin diye düşünüyorum.


Esen kalın.

[furkan.seker]

bu kadar tartışılacak birşey yok bence. yapılması gereken çok basit, size bu datasheet'i sağlayan firma elbette buradaki terimlerin teknik açıklamasının olduğu bir döküman yayınlamıştır. en azından ben öyle düşündüm, google'a girip "fuji electric ındustrial igbt modules explanation of technical information" yazdim, cikan ilk sayfa uygulama el kitabi baglantısı (https://www.fujielectric.com/products/semiconductor/technical/application/igbt_app_manual.html) buradan bastan 3. dokumani actim (Chapter 2 Technical Terms and CharacteristicsPDF [366KB]) burada datasheet'te kullanilan butun teknik terimlerin aciklamasi var. bu dökümandan istediğiniz bilgiye ulaşabilirsiniz.

[Kahraman34]

Konu çok eskimiş ama kirlilik olmasın, aynı şeyi açmayalım.

KONU: mosfet veya igbt nin gate ucuna bağlayacağımız direncin hesabı nasıl yapılıyor ?

[z]

Bildiğim kadarıyla deneysel.

Hiç direnç koymasan bile sistem çalışır. Fakat bazı sorunlar oluşur.

Nedir bunlar?

1) EM yayılım artar.
2) Sürücü zorlanır.
3) Anahtarlanan trafoların kaçak endüktansları büyük voltaj tepecikleri oluşturur.
4) H bridge gibi yapılarda cross conduction denen durum belirir.

Sırayla izah edeyim.

1) Gate kapasitesi ve gate yolu üzerindeki kaçak endüktanslar çınlama devresi oluşturur ve gate sinyali etkisinde çınlar. Bu da çınlama frekansında yayılıma neden olur.
Sözkonusu çınlama frekansı anahtarlama frekansıyla hiç alakalı olmayan Mhzler mertebesinde olur. Çünkü kaçak endüktanslar küçüktür 1nF civarı gate kapasitesi ile yüksek frekanslı rezonans devresi oluşturur. Seri gate direnci ring ring denen çınlamayı susturur. Eğer tek sorun bu ise bağlanacak gate direnci kolayca hesaplanır. (Aşağıdaki video konuya cuk oturuyor)

! No longer available

Bir diğer EM yayılım ise Mos yada neyse çok hızlı açılıp kapanınca gene kaçak kapasiteler/endüktanslar vs vs yük akımı tarafında çınlamaya neden olur. Eğer mosun açılıp kapanmadaki akımın eğimi düşürülürse EM yayılım azalır. Bunun için mosun çok kısa süre için lineer bölgede çalışmasına izin verilir. Bu da seri gate direncini artırmakla yapılır.

Bu bazen o kadar işe yarar ki snubberda harcanan güçün çok daha azı mos üzerinde ısıya çevrilir ve neticede mos snubberdan daha az ısınır ve snubber devresi tamamen kaldırılır. Ancak bu tasarım şekli çok kritiktir tasarımda seçilen mos bir başka muadili ile değiştirilemez ve aynı kalitede mos temin edilmek zorundadır.

2) Sürücü zorlanır çünkü kapasitif yükü doldurup boşaltmak çok yüksek akımlar akıtmak demektir. Neticede  sürücünün mosları direnç etkisi oluşturur ısınır. Ancak bunun da faydası vardır. Sürücü içindeki Mosların direnç etkisi göstermesi gate sinyalini hafifçe yumuşatır ve 1. maddedekine benzer iyileşmeler görülebilir. Ancak bunda da her defasında aynı kalitede mos sürücü temin edilmelidir.

3) Mos çok sert açılıp kapatılırsa yük akımı da çok yüksek eğime sahip olur ve kaçak endüktanslardaki Ldi/dt voltajları aşırı değerler alır. Seri gate direnci yük akımının eğimini düşürür buna karşılık mos biraz ısınır. Ancak 1. maddedeki avantaj oluşabilir.

4) "Bar"a seri bağlı moslar çok kısa süre için bile aynı anda iletime geçecek olurlarsa çok yüksek akım darbeleri çekilir ve moslar ısınır hatta patlar. Çok hızlı açılıp kapanan ve ölü bölge konmamış sinyallerle sürülen MOSlarda bu durum oluşabilir.

Buna engel olmak için gate devresine R/C/Diyod ile pals şekillendiriciler yapılır ve mosun iletim kesim süreleri ayarlanır.

Ortada bunca avantaj dezavantaj olunca en iyiyi bulmak için deneysel yola başvurulur. Bunun için ns hatta ps mertebesinde süreleri ekrana geniş geniş açabilen baba scopa ihtiyaç olunur.

Yukarıdaki olayların bir kısmı görmezden gelinirse basit bir iki bağıntı ile seri gate direnci hesaplanabilir.

Günümüz sürücüleri çok yüksek akımlar basabiliyor sürücülere kafa patlatmak gerekmiyor ve tasarımlarımda 15, 22, 33 ohm gibi dirençler (genelde de 22 ohm) kullanıyorum. Hesap vs de yapmıyorum.

[celo2000]

Peki hocam uygulama frekansınız nedir..22 R'da ı
sı problemi yaşıyormusunuz.

[z]

40Khz i genellikle geçmiyorum.

Dediğim gibi gate direncinin etkisini gözlemleyebilmek için scopunuzun biraz iyi olması lazım.
Ben sıkıntı yaşamadım. Zaten 100w ın da üstüne çıkmam gerekmiyor.

[Kahraman34]

Cevap çok iyi olmuş teşekkür ederim. (Yalakalık gibi algılanmasın lütfen ama video da süper olmuş öz fikrim bu.)

13 khz de 10 ohm ile çalışırken ısı görmeye başladım. Nedir nedendir derken 22 ohm a geçtim ısı kayboldu. Sonra acaba buz gibi durabilirmi diye 27 ohma geçtim . 22 ohm ile aynı oldu.  Deney bu ya hadi dedim 100 ohm olsun.. Haliyle saçmalıklar başladı olmadı.. Süreler çok oynadı.
27 ohm a geri döndüm. Gate ile emiter arası 10 k direncim var malum direnç. Acaba bu şarj ve deşarjı ne kadar etkiler dedim söktüm. 27 Ohmda denemeye devam ederken 2 adet igbt gidiverdi aniden.
Bende gate direncinin peşine düştüm. Birçok dökümana baktım direncin turn on ve off şarj akımını değiştirdiğini okudum.
Kabaca hesaplar gate voltajı/ gate direnci=gate akımı diyor. 10 ohm da 1.5 a,27 ohm da 550 ma gate akımı hesaplıyorum.
Diyorlarki ciss kapasitesini hızlı doldur igbt hızlı açılsın. Sizinde cevabınıza göre, ben bu kapasiteyi hızlı doldurduğum zaman hızlı açıyorum ama yük tarafında parazitler sıçramalar oluyor gerçekten ve igbt  de ısınıyor.(1.cevabınız.)
550 ma şarj ile yavaşlayınca parazitler gidiyor çıkış düzeliyor. ısı azalıyor.

Ancak ve ancak beni strese sokan durum şu ki ixkh70n60 igbt den 15 amperin üzerinde akım alamıyorum ısınma yapıyor (vds 300volt.)
Bu datasheetlere hiç güvenmiyorum..
Şimdi konu içinde konu olacak yine ancak sormam lazım, bir mosfet veya igbt nin verebileceği akımı sürücü olmadan, emitere direk ayarlı yük bağlayıp gate ucunada dc 15 volt sabit uygulayarak tespit etsek hata mı olur ?

[Erol YILMAZ]

ixkh70n60 igbt den 15 amperin üzerinde akım alamıyorum ısınma yapıyor (vds 300volt.)
Bu datasheetlere hiç güvenmiyorum..

2 türlü kayıp var,

1. Anahtarlama kaybı,

2. İletim kaybı,  (IxIxR)

I = 15 A
R = 0.045 Ohm
olunca iletim kaybı tek başına 10W a ulaşıyor...   
sadece iletim kaybından dolayı 10W lık bir havya kadar ısı yayar ARTI buna Anahtarlama kaybını da ilave edersen Kayıp yani sıcaklık  artıyor

Mos 100 Dereceye çıktığında iç direnç %50 kadar artmış olacak.   Oluşan ısı da %50 artmış oluyor vs...

Yani datasheette yazan 70A değeri özel şartlar altında, kısa süre için geçerlidir.

Bu arada dikkatimi çekti bahsettiğiniz malzeme IGBT değil, Power MOSFET

[Kahraman34]

Evet Hocam power mosfet. Ben ıgbt ile mosfeti ayıramıyorum aklımda aynı geliyolar bana. Kayıp ısıları hesaplamaya çalıştım bende 15 watt toplam olur demiştim ama bu watt ın ısıl karşılığı ne olur formulunu arıyodum. 10 watt havya gibi dediniz, baya ciddiymiş. Bu durumda sistemim gayet güzel çalışıyor demek ki. Bir lm35 li ısı ölçer yapıp elemanın ön gövdesine yapıştırdım. (Soğutucu tarafına soğutucuya değil.) çalışırken ölçüyorum 55 dereceye gelince kapatıyorum sürücüyü. 55 derece parmağımı strese sokuyor. Sınır budur diyorum. Zaten akımı artırsam eleman patlayacak.55 den sonra ısı fırlıyor onu yakalayamıyorum.

Aşağıdaki konuya yorumunuz nedir ?
"Bir mosfet veya igbt nin verebileceği akımı sürücü olmadan, emitere direk ayarlı yük bağlayıp gate ucunada dc 15 volt sabit uygulayarak tespit etsek hata mı olur ?"

[z]

Tam olarak ne dediğini anlamadım. Gate  Emetor arasına sürekli olarak 15v verip emetöre yük bağlarsanız sürekli akım elde edersiniz. Emetör ikinci bir anahtar daha bağlayıp onunla da akımı açıp kapayabilirsiniz.

Yük emetör de değil de kollektörde olsaydı bu tekniğe zaten emetör anahtarlama tekniği deniyor. Çok yüksek voltaj ve yüksek anahtarlama hızlarında  bu yapı kullanılıyor.

[Erol YILMAZ]

"Bir mosfet veya igbt nin verebileceği akımı sürücü olmadan, emitere direk ayarlı yük bağlayıp gate ucunada dc 15 volt sabit uygulayarak tespit etsek hata mı olur ?"

Bu şekilde DC gerilim ile sürdüğünüzde FET in "sadece iletim kaybını" tespit etmiş olursunuz.
PWM'li gerçek uygulamada iletim kaybına yakın seviyede anahtarlama kaybı da olacak.

Daha mantıklı bir yöntem;
FET Gate'ine DC yerine, %90 PWM sinyal uygularsanız çok gerçekçi bir tespit olur.
Hem iletim hem de anahtarlama kaybını görmüş olursunuz.

TO-220 kılıf için extra soğutucu bağlamadan 1W harcadığınızda kılıf sıcaklığı  = çevre sıcaklığı +65 C olur.

[Kahraman34]

Bu şekilde test ediyorum hem pwm hemde dc vererek. yükü kollektöre de emitere de bağladım sonuç aynı.
Soğutucuyu çok büyük de bağlasam küçük de bağlasam elemanın yazı olan yerindeki ısı ilgimi çekiyor orda 15 ampere geldiğimde ısınma başlıyor.
Demek ki bu 15 amper veren bir malzeme. (70n60) Buzdolabında çalıştırırsan 70 amper alınır belki.

[celo2000]

40Khz i genellikle geçmiyorum.

Dediğim gibi gate direncinin etkisini gözlemleyebilmek için scopunuzun biraz iyi olması lazım.
Ben sıkıntı yaşamadım. Zaten 100w ın da üstüne çıkmam gerekmiyor.

Merhabalar hocam,
Dediğinizi yaptım gate direncini 22R yaptım sistem daha sağlıklı çalışmaya başladı.Isı düştü.
Valla ne deyim,beni büyük bir sıkıntıdan kurtardınız teşekkür ederim.