1200V. 100A. TO240 metal kılıflı kendinden diyotlu IGBT?

[azimli]

En son nesil olarak üretilen TO240 metal kılıflı içinde sabit ters diyotda bulunan N kanal bir IGBT için.
P=1200x100 = ortalama 120kVA. güç iletir diyemeyiz bunu anlamış bulunmaktayım.
burdaki değerler IGBT nin maksimum dayanma gerilim ve akım değerleri.
aynı IGBT için peki akım ve gerilimin yarısını alsak;
P=600x50 = 30kVA. güç iletir diyebilirmiyiz.
formdaki yazılanlardan anladığım kadarı ile hayır.
Bana gerekli olan aslında aynı IGBT için P=550x20 = 11kVA. ama bunuda almak mümkün değil galiba yazılanlardan anladığım kadarı ile.

peki frekansa gerilime ve akıma göre kıyaslama yaparsak bu IGBT için ortalama ne kadar gücü iletebilir diyebiliriz.
formda verilenler çok teknik olduğundan tam gücü nedir bu IGBT nin anlayamadım.

bunların nesilleri arasında güç bakımından bir fark oluşuyormu?10 sene önce ve şimdi üretilen gerilim ve akım değerleri aynı olan IGBT ler aynı gücümü iletiyor?

birde yeni IGBT ler 1msn. zaman diliminde 25 derece sıcaklıkta kısa devre çalıştırılabilir diye belirtilmiş bu özellikleri kullanılarak bir güç artışı sağlanabilirmi?

[Erol YILMAZ]

Aynı IGBT için peki akım ve gerilimin yarısını alsak;
P=600x50 = 30kVA. güç iletir diyebilirmiyiz.
formdaki yazılanlardan anladığım kadarı ile hayır.

Nereden anladın bu şekilde olduğunu ?

[wsxwsx]

IGBT nin akım ve gerilim değerleri, ileteceği akım, dayanabileceği gerilim anlamına gelir. Buradan iletebileceği  güç şudur denemez.

Malum bu parça elektonik bir anahtardır.  Ne kadar akım  geçiriyor, yüke kaç volt gerilim gönderiyor? İletebileceği güç bununla ilgilidir.

Gerçek uygulamada, IGBT, anahtarlama geriliminin oldukça üzerinde bir gerilime dayanacak şekilde seçiliyor.

Çünkü inverter trafosu gibi yüklerin anahtarlanması esnasında oluşan anlık yüksek gerilimler, sıçramalar,  IGBT veya mosfeti bozmaması gerek.

[xenix]

1200V IGBT ler 3 faz doğrultulmuş gerilimde yani 400×kök2=565V da kullanılsın diye üretiliyor.

Eğer IGBT ler düşük indüktanslı barada çalışıyorsa kesime gittiğinde oluşan voltaj tepeleri düşer, bu durumda 800-900V a kadar çıkabilirsin. Eğer sıradan bir baskı devrede, sıradan DC kondansatörlerle kullanırsan, 200-300V beslemede bile bu IGBT leri yüksek gerilimden bozabilirsin. Düşük indüktans derken kasdettiklerime şu başlıktan bakabilirsin:

https://www.picproje.org/index.php/topic,19257&highlight=

Bara tasarımın yine çıkabileceğin en yüksek akım değerini belirliyor. Pratikte datasheet akımının yarısında kullanabilirsin.

Bu durumda, normal bir bara tasarımı ile 50A×565V=28kW lik bir yükü anahtarlayabilirsin.

[azimli]

xenix hocam,
tam aradığım cevabı verdiniz teşekkürler.
bu verileri deneyip tecrübe ettiğinizden de şüphem yok.

konuyu daha önce ayrıntılı bir şekilde formlarda anlatmışsınız.
bu yazılarınızında tamamını okudum.
müsadenizle bir şeyi daha danışmak istiyorum;

biz IGBT yi yukarıda bahsettiğiniz gibi gerilimi 565V. 3 fazlı şebekeden doğrultup kullandığımızı düşünürsek çok düşük indüktanslı kalın dc bara yolları ile iyi bir IGBT snubber devresiylede IGBT yi yüksek gerilime karşı koruduğumuzu varsayarsak yani IGBT nin yüksek gerilimden bozulmayacağını garanti altına alırsak,

IGBT nin 20kHz. sabit bir frekansta tetikleme yaptığını ve %10 ile %90 arası pwm sinyalinin genliğini değiştirdiğini düşünürsek,

Daha önce kondansatör kapasitesinin önemli olmadığını belirtmiştiniz.
Burda kondansatörün çalışma gerilimi ve saniyedeki dolup boşalma  
frekansı (yani çalışma frekansı) ve kondansatörün cinsi ne olmalıdır? Kondansatör standart DC Elektrolitik kondansatör olmaz demişsiniz.
bir marka ve kod verebilirseniz onu kullanırız.

1200V. 100A. IGBT ile 28kW. lık yükü 20kHz. sabit frekansta %10 ile %90 pwm duty saykıl şeklinde sürmek için;
22 ohm gate direnci ve lm2575-15 (1 Amper) güç kaynağı yeterlimidir.
Yani IGBT yi 22R direnç üzerinden +15V. ve 0V. dc tam regüleli gerilimler açıp kapama için yeterli olurmu? yoksa simetrik +15V. ve -15V. gerekebilirmi?

[xenix]

Uygulamanın güç katı böyle bir şey mi? Değilse çizebillir misiniz?


IGBT leri +15V ile iletime sokup -5V ile devreden çıkarmalısınız. Zaten hazır IGBT sürücüleri +15V,-5V ile yapıyorlar bunu.

Vge=0V durumunda bi kaç mili amper kolektör akımı akar, kayıp olur. Ama asıl sorun bu değildir. Başka bir IGBT anahtarladığında, veya diyot "reverse recovery" ye girdiğinde oluşan parazitler Vge=0 olan IGBT nin geri açılmasına sebep olur. IGBT nin kesimde kaldığına emin olmak için Vge=-5V ile kesime götürmeliyiz.

Gate direnci için 22 ohm kullanırsanız, IXEN60N120 için 600V, 50A de;

Eoff=6mJ, Eon=4mJ
Anahtarlama kaybı=f×(Eon+Eoff)=20000×0,01=200W

Buna iletim kaybı da eklenecek, bu kaybı göz önünde bulundurun.

[azimli]

güç katı tek bir IGBT ile indüktif bir yükü(ferrit nüveli trafo) pwm yöntemiyle 0V./+565V. arasında sürmek istediğimizde sizin çizdiğiniz şekildedir.Burada IGBT nin 20kHz. sabit çalışma frekansında bulunduğunu ve bu frekansın 0V. ve +565V. süreleriyle oynayıp yükü minimum ile maksimum voltaj aralığında sürmeyi düşünüyoruz.

Daha sonrası trafodaki gerilimin yön değişimi için (daha farklı bir sürme tekniği için) bu IGBT den 4 adet kullanıp H köprü devresi yapmayıda hedefliyoruz.Ama şimdilik tek bir IGBT ile sizin şemanızdaki gibi bir devreyi kurmak amacımız.

Hızlı diyotu 3A. üzeri değerde bulamadığımız için çizdiğiniz şekildeki motora paralel ters diyotu 50 Amper yük için ya normal akımı yüksek bir diyot kullanmalıyız yada hiç kullanamayacağız.

Bizim öncelikli sorunumuz bu diyot konusu akım artınca bu diyot temin açısından hızlı olmuyor ve normal tek diyotta baya pahalı ve kaba kalıyor.
Bu tek ters diyota nasıl bir çözüm önerebilirsiniz.Kullanılmasa olmazmı?yada düşük amperli kullanılsa olurmu 3A. hızlı diyottan bir kaç tane paralel bağlamak gibi.

Diğer noktada büyük DC bara kondansatörünün özellikleri.
0V./+565V. DC bara geriliminden 20kHz. frekansda 50Amper yük pwm yöntemiyle sürerken buradaki kondansatörün kapasitesi,olması gereken çalışma voltajı, dolma boşalma hızları ve bilmediğimiz diğer özellikleri bu tip kondansatör alınırken ismi nasıl belirtiliyor ve özellikleri nasıl isteniyor.

Not:Biz IGBT ye paralel R/C snubber devreside kullanıyoruz.
     1nF.(1000V. seramik) - 100R (1/4W. karbon) seri bağlı
     3,3nF.(1000V. seramik) - 47R (1/4W. karbon) seri bağlı
     4,7nF.(1000V. seramik) - 22R (1/4W. karbon) seri bağlı

     Birde sizin ismini verdiğiniz kılıftaki IGBT ler hem pahalı oluyor hemde pcb ye kolay bağlayamıyoruz onun için TO240 metal kılıflı olanını tercih ediyoruz.
     
IGBT nin sürülmesinide TLP250 ile yapmayı düşünüyoruz.

Bize şemanızdaki motara ters bağlı diyotun yukarıda anlattığımız olumsuzluklarını nasıl giderebileceğimiz konusunda ve dc bara kondansatörünün özellikleri,cinsi konusunda yardımcı olabilirseniz seviniriz.

IGBT yi sürmek için +15V. ve -5V. gerilimleri lm2575-15(1A.) ve lm2575-5(250mA.) regülelerinden elde etsek olurmu?
lm2575-5 ters -5V. gerilimde 250mA. veriyor.

burdaki +15V. gerilimi TLP250 nin 8 nolu bacağına -5 voltuda 5nolu bacağına vermemiz gerekir herhalde.6-7 nolu bacaklarındanda minimum 10R olmak şartıyla IGBT nin geytine bağlantı yapacağız.
TLP250 güç bağlantılarında sorunumuz varmı?

[xenix]

Tek IGBT ile ferit trafoyu çalıştıramazsınız. Trafo DC gerilim göreceğinden doyuma gidip kısa devre gibi davranır. İlk denemelerinizde bile H-Köprüyü kurmanız lazım.

Trafo gibi endüktif yükleri sürerken freewheel diyotu kullanmalısınız. Kullanmazsanız IGBT anında yüksek gerilimden bozulur. Çünkü endüktif yük üzerinde birikmiş akıma akacak yol lazım, bu akım diyotlar üzerinde freewheel etmez ise IGBT kolektör gerilimini 1200V a çıkarıp IGBT üzerinden atlayarak yol bulur kendisine. Zaten H-Köprü kurduğunuzda IGBT içindeki diyotlar bu görevi yerine getirecek, ayrıca diyot almanıza gerek kalmayacak.

Size tavsiyem Mitsubishi, Fuji, Hitachi gibi firmaların IGBT veya IPM modüllerini kullanmanız. Şu IPM veya benzerinden:
http://www.mitsubishichips.com/Global/common/cfm/ePartProfile.cfm?FILENAME=pm100dsa120_e.pdf
2 tane alın, H-Köprüyü kurmuş olursunuz. Gate driver içinde zaten. Biri + diğeri - besleme olacak şekilde 2 adet bakır levha ile IPM leri kondansatöre bağlayın. Levhalar birbirine yakın olsun, aralarında izolasyon kağıdı olsun.



Bu kondansatörü doğrudan IPMin üzerine vidalayın, zaten bu iş için yapılmış.

Elektrolitik kondansatör de en kötü durum olan %50 duty de 50A yük akımında, 25A RMS akım görecek. Bu akımı sağlasın yeter. 600V 25A lik kondansatör bulamazsan, daha düşük akımlı kondansatörleri paralel bağlayabilirsin.

Ben olsam böyle yapardım. Bi kaç sene önce 300V 300A lik H-Köprü kurmuştum, PM400DSA60 IPM kullandım. Kondansatörler 100A akım görecekti, onun için de 25A lik 4 kondansatörü paralel bağladım.

[xenix]

Mitsubishi'nin IPM ler hakkındaki şu uygulama notu çok güzel:
http://www.mitsubishichips.com/Global/files/manuals/powermos6_0.pdf

30. sayfadaki gibi bi yapı kurarsanız en profesyoneli olur, başınız hiç ağrımaz.

[azimli]

Kondansatör için anlattıklarınızı anladım.
Yalnız kafam karıştı sırayla gitmem gerekecek.Birden Ferrit trafoya girdim.

Bizim ilk olarak yukarıdaki gibi bir devremiz var.Bununla dc motor hız ve yön kontrolü yapmaya çalışıyoruz.pwm sinyalini %50 duty saykıl olacak şekilde uyguladığımızda devre gayet güzel çalışıyor (bu anda motor uçlarında 12V. var)

ama motor 24V. olduğundan biz motoru zaten devre H köprü olduğundan 24V. ile süremeyeceğizde en azından 22V. ile sürelim dedik ve %90 duty saykıl oranına kadar çıktık.
Burda şöyle bir sorunla karşılaşılıyor.motorun iletimde olduğu yöndeki üzerinden akım geçen p ve n kanal mosfetler değilde yalıtımda olan p kanal mosfet ısınıyor.bu her iki yön içinde aynı oluyor.dead band süresini 100msn. kadar çıktım.

Burda sorun nerede olabilir.

Bu devre ile motor %5 ile %90 arası duty saykıl oranında sürülebilirmi?

Bu sorunu çözdüğümüzde ferrit nüve ile deneme yapacağız.Oradada voltaj en fazla DC +30V. olacak.

IGBT yi 1 ve 3 fazlı şebekeden doğrultma yaptığımızda yüksek voltajdan dolayı kullanacağız.

Not:
yukarıdaki devrede p kanal mosfetler hız için pwm frekansı uygulanırken devreye girip çıkmayıp yalnızca motorun yön değişimini sağlamak için her yön değiştirildiğinde o yöne ait p-kanal mosfet bir kez iletime girmekte ve diğer yöne geçilmedikçe TLP250 üzerinden sürekli iletimde kalmaktadırlar

IRF540 ların sürülmesinde kullanılan +15V. her iki transistör içinde ortakdır.ve lm2575-15 den elde edilmektedir.

[xenix]

Devrede bir eksik yok gibi, yalıtımda olan ve ısınan mosfetlerin gate-source gerilimini ölçebilirmisiniz? 3 Voltun altında ise mosfetin iletime girememesi ve ısınmaması lazım.

Vgs=0 olduğu halde ısınıyorsa diyot yüzünden olabilir, bu normal bir durumdur. Anahtarlama esnasında kesimde olan mosfetlerin diyotlarında akım akar, bu akım ısıtıyordur.

Deadband i 2-3µS yapın, yeterli. %5-%95 duty de çalışır bu devre.

[azimli]

verdiğiniz bilgiler doğrultusunda vgs gerilimleri gayet normal.
bu devreyi biz baya dağıttık çünkü çok fazla deneme yaptık üzerinde
yalnızca 10 taneden fazla mosfet yakıp değiştirdik pcb çok kötü durumda
bu devreyi son mesajlarımızdaki bilgileride dikkate alıp tekrar çizip bastıracağız buda bir süre alır yeni devredeki çalışmayı size devreyi kurup çalıştırınca ileteceğim.Devre şu anda çalışıyor olsada yeni baskısı illaki gerekli.

Biz ferrit trafolu devreyi çok kolay ve ucuz olması açısından şu şekilde düşünüyorduk.



Siz H köprü dışında bu ferrit malzemeli trafo sürülmez demişsiniz.
Trafonun doyuma gitmemesi için %50 duty saykıl geçilmezse sorun oluyormu?

[xenix]

Çizdiğiniz şekilde trafo kullanımı yok. Manyetizasyon akımı sürekli artacağı için düşük duty cycle olsa bile doyuma gider.

Bu tarzda bir kullanım pulse trafolarında var, tiristör anahtarlamak için. Ortada da manyetizasyon akımı nın sıfırlanması beklenir. Zaten aktarılan güç 1-2W seviyesinde.

Çiziminiz Flyback çevirgece dönüştürülebilir. Flybackler de 100W a kadar olan kullanımlarda uygun.

Velhasıl, çiziminizdeki gibi bir devre çalışmaz. "Push-Pull" yada "Full-Bridge" kullanmak zorundasınız.

[azimli]

anladım push-pull devresini hiç incelemedim inceleyip yeni şemayla size döneceğim teşekkürler.

[azimli]

xenix hocam,

IGBT lerle 0V./+565V. gerilimde Push-Pull devresiyle ferromanyetik nüveli trafoyu sürmek istersek;

2 adet IGBT, 2 adette yüksek amperli hızlı diyot gerekiyor.
Ayrıca trafonun primer sargılarının sipir sayısı 2 katına çıkıyor ve bu sargının 3 uçlu olması gerekiyor yani primer sargısının tam ortasından bir bağlantı ile +565V. bara geriliminin verilmesi gerekiyor.sargıların diğer uçları IGBT üzerinden pwm kontrollü sürülüyor.

Ama aynı trafo aynı gerilimde Full-Bridge devresi ile sürülmek istense,
4 adet IGBT gerekiyor.Trafonun primer sargısının sipir sayısıda Push-Pull
devresine göre yarıya iniyor sargınında iki uçlu olması yetiyor.ekstra bulunmasında problem olan yüksek amperli hızlı diyotda kullnmaya gerek kalmıyor.

Full-Bridge devresinin Push-Pull devresine göre bir üstünlüğüde sanki Trafo nüvesinin giriş elektrik alanı daha düzgün oluyor.

Bizim Push-Pull tarfoyu sürmemizde en azından başlangıç olarak bir sorunla karşılaşmayacağız gibi görünüyor.Bu devre ile trafoyu sürebileceğimizi düşünüyoruz.IGBT lerin sürülme yöntemine kafamız yatıyor ve mantıken diğer devreye göre çok daha kolay gözüküyor.

Diğer taraftan yukarıdaki aksiliklerinden dolayıda Push-Pull devresini kurmak da hiç mantıklı gelmiyor.

Biz bu işi sizinde belirttiğiniz gibi H köprü ile yapmayı düşünüyoruz.
H köprü devresinide nasıl süreceğimizi düşünüyoruz ama şu anda çözemiyoruz.

Burdaki sorunumuz IGBT ler n kanal üretiliyor bizim motoru sürdüğümüz devre gibi p kanalları yok mecburen bu yöntemle devreyi 4 adet n kanal IGBT ile kurmak gerekiyor.

Devrenin 4 adet TLP250 ve birbirinden bağımsız 3 adet DC +15V. güç kaynağı ile sürülmesini formdan inceledik bu kısımlarda sorun pek yaşamayız gibi duruyor.Yalnızca bu devrelerin bahsettiğiniz DC -5 volt bağlantılı olanları yok. devrede -5volt gerekmez ise devrenin güç elektroniği tarafı TLP250 lerin güç tarafıda dahil olmak üzere tamam gibi.

Bizim sorun yaşadığımız kısım TLP250 lerin giriş tetikleme diyot kısmı.
Bu kısmı sürmede sorun yaşarız bu tür devrelerde IGBT ler hangi sıraya göre sürülüyor.ve aralarındaki zaman gecikmeleri nasıl olması gerekiyor.
Bunu anlatabilirmisiniz formdaki bilgiler çok karmaşık geldi bize.Pic işlemcisi ile TLP250 leri nasıl bir mantıkla tetikleyebiliriz.