IGBT üzerinde harcanan enerji nasıl hesaplanır ?

[huseyin_agirmaz]

Merhabalar,
Örneğin mosfetlerde Rds(on) dirençlerini akımın karesi ile çarptığımızda mosfet üzerinde harcanan enerjiyi bulabiliyoruz. Peki bu hesaplamayı IGBTlerde nasıl yaparız ?

[z]

VCEsat gibi bir parametre olması lazım. Bununla akımı çarparsın.

[naschibo]

Merhaba,

IGBT gerilim kontrollü anahtarlama elemanidir ve MOSFET-BJT karisimi bir yari-iletkendir. MOSFET gibi bir Rds(on) degeri yoktur. BJT Temelde iletim ve anahtarlama kayiplari mevcut. Iletim kaybi; IGBT uzerinde akan akima, sicakliga ve duty cycle ile alakali.
Anahtarlama kayiplari da yine akima, DC gerilime ve anahtarlama frekansina bagli.

IGBT Datasheet icinde Eon ve Eoff ve hatta Etoplam degerlerini veren grafikler bulacaksin.

Sorunun cevabi Vce ile Ic carpiminin sonucu elde edilen Güc(Power) degeridir. Gücün integrali de Enerjiyi verir. Önemli bir diger nokta ise bu hesaplamalari hangi zaman araligi icin yaptigindir (Ortalama güc). Genelde bir periyot (T) uzerinden yapilmaktadir ki saniye cinsinden harcanilan enerji ve daha sonra saat uzerinden tüketilen enerji elektrik faturalarimiza yansimaktadir.

Portalama=1/T(Integral[Vce(t)TxIce(t)]dt)
ve
Portalama=Piletim + Panahtarlama
Yani, IGBTnin tükettigi ortalama güc, iletim ve anahtarlama kayiplarinin toplamina esittir. Tüm bu hesaplamalar bir periyot (T) icin yapilir.

P(IGBT)=(Eon+Eoff+Eiletim)xfanahtarlama.

Herhangi bir IGBT datasheetine bakarsak orada Vce-Ic egrisini görürüz. Ve bu egri Vge geriliminin degerine bagli olarak degismektedir. Yani IGBTnin GATE kapisina uygulanan gerilim degeri arttikca, Ic degeri de artmaktadir. Teoride GATE kapisina uygulanan deger +-20V araliginda olmalidir. PRatikte ise +15V ile -5V arasinda secilmektedir.
Örnegin egride lineer olmayan R direncinin degerini bulmak icin;
 
R=(Vce2-Vce1)/(Ic2-Ic1)

parametrelerini kullanmaktayiz. Dolayisi ile IGBTnin "direnci" Vge, Vce degerlerine baglidir.

Ayrica bir de Dead-time diye adlandirilan bir parametre daha vardir ki bir bacak uzerinde bulunan 2 adet IGBTnin ayni anda acilip ksia devre olmasini engellemek icin hesapladir. IGBTler icin bu deger minimum 3µs (mikrosaniye) olarak tavsiye edilmektedir.

su video guzel hazirlanmis;

IGBT:
https://www.youtube.com/watch?v=RxRJW09A_XA&t=99s

MOSFET:
https://www.youtube.com/watch?v=KSOHwVoxpzg&t=304s

saygilar

[M.Salim GÜLLÜCE]

VCEsat gibi bir parametre olması lazım. Bununla akımı çarparsın.

Saturasyon gerilimi tam kapasite iletim durumda kollektör emiter arası gerilimdir.
Ancak gate gerilimi doyurulmamış olursa saturasyona girmeyeceğinden IGBT üzerine düşen gerilim değişir.
Ayrıca Gate geçiş dirençleri anahtarlama durumunu belirleyen faktör olduğundan yüksek değerlikli direnç kullanıldığında Anahtarlama eğimi nedeniyle de bir enerji oluşur. Buradada kullanılan anahtarlama frekansı etken hale gelir.
Hakeza hem ON hemde OFF değerlerini oturtmnak gerekir.
Her IGBT de gate kapasitansı farklı olduğundan Kapasitansa göre gate geçiş direnci hesaplanması gerekir.

Kısacası fazlaca kıl bir aygıt. Mos gibi değil pek.

[z]

VCEsat Saturasyon gerilimi anlamina gelir zaten.

Mosu yeterince iletime sokmadigimizda, gucu RDSon parametresi ile hesaplamazsak IGBTyi de yeterince iletime sokmadan VCEsat parametresi ile guc hesaplamayiz.

Power moslar ve IGBT ler anahtarlama elemani oldugundan statik halde on/off harici bolgelerde calistirmayiz.

[M.Salim GÜLLÜCE]

VCEsat Saturasyon gerilimi anlamina gelir zaten.

Mosu yeterince iletime sokmadigimizda, gucu RDSon parametresi ile hesaplamazsak IGBTyi de yeterince iletime sokmadan VCEsat parametresi ile guc hesaplamayiz.

Power moslar ve IGBT ler anahtarlama elemani oldugundan statik halde on/off harici bolgelerde calistirmayiz.

Aslında senden alıntı yaptım ama cümleleri senin için değil genele yani senin notlarına ilave olarak düşmüştüm.
Neyse problem de değil zaten.

Ancak Anahtarlama elemanı olmakla beraber doyuma ulaşıp ulaşmadığı meselesi ayrı..
Anahtarlama kayıpları ayrı da ele alına bilir.
Zaten gate direnci vurgusunu her iki konuyuda içerecek şekilde yapmıştım.

Ekleme yapmak gerekirse düşük değerlikli Gate direnci sebebiyle eğimi çok dik anahtarlamalar oluşması sebebiylede  elde edilmek istenen dalga şekillerinde istenmeyen harmoniklerin oluşmasıdır.
Denge bulmak ise biraz uğraştırabilir.

Tecrübeyle sabittir.

Gene Z den alıntı yaptım. Lakin IGBT konusuna dahada netlik getirmek için Z ye değil Z nin ifadelerine ekleme yaptım.    

[huseyin_agirmaz]

@z , @naschibo , @Mehmet Salim GÜLLÜCE Teşekkürler. Sanırım yüksek gerilimlere çıkmadıkça IGBT kullanmak mosfet kullanmaktan daha verimsiz.

[M.Salim GÜLLÜCE]

@z , @naschibo , @Mehmet Salim GÜLLÜCE Teşekkürler. Sanırım yüksek gerilimlere çıkmadıkça IGBT kullanmak mosfet kullanmaktan daha verimsiz.

50 voltların üzerinde daha verimli diyelim.
24 volt gibi düşünüyorsan mos tavsiye.
biz 800 voltlarda kullanıyoruz Yaklaşık 600 amper civarında.
Fakat en problemli tarafı herşeyden kıl kapar nitelikte bir malzeme.
Kontrol ve denetiminde çok problem çıkarabilir.

[huseyin_agirmaz]

50 voltların üzerinde daha verimli diyelim.
24 volt gibi düşünüyorsan mos tavsiye.
biz 800 voltlarda kullanıyoruz Yaklaşık 600 amper civarında.
Fakat en problemli tarafı herşeyden kıl kapar nitelikte bir malzeme.
Kontrol ve denetiminde çok problem çıkarabilir.

Hocam farnellden baktığım kadarı ile en duşuk Vce(on) değerine sahip ıgbtlerden birisi 1.05v ile  IKW30N65EL5XKSA1.  IPB072N15N3GATMA1  mosfeti ile karşılaştırmak istiyorum. Mosfetin Rdson direnci 0.0058ohm.  Örneğin 100v 50amper gibi bir yükü kontrol ederken ıgbt üzerinde  52.5w ısı oluşurken mosfet üzerinde 14.5w ısı oluşacak. Sizin bahsettiğiniz gibi yükler dışında kullanmak mantıklı gelmedi bana.
Siz 800v 600a ile ne yapıyorsunuz hocam ?

[M.Salim GÜLLÜCE]

Hocam farnellden baktığım kadarı ile en duşuk Vce(on) değerine sahip ıgbtlerden birisi 1.05v ile  IKW30N65EL5XKSA1.  IPB072N15N3GATMA1  mosfeti ile karşılaştırmak istiyorum. Mosfetin Rdson direnci 0.0058ohm.  Örneğin 100v 50amper gibi bir yükü kontrol ederken ıgbt üzerinde  52.5w ısı oluşurken mosfet üzerinde 14.5w ısı oluşacak. Sizin bahsettiğiniz gibi yükler dışında kullanmak mantıklı gelmedi bana.
Siz 800v 600a ile ne yapıyorsunuz hocam ?

İndüksiyon ergitme ocakları 
indemak.com