Power Electronics

По работе столкнулся с проблемой использования новых высоковольтных IGBT типа IGW25N120H3 от Infineon.
Об этих транзисторах были хорошие отзывы в статье 600/1200‑вольтовые IGBT: новый стандарт производительности в устройствах с высокой скоростью переключения от Дэвид Чиола (Davide Chiola) и Холгер Хюскен (Holger Hüsken), опубликованной в журнале Силовая Электроника №1 за 2011 год. Оригинальную информацию можно глянуть в соответствующей апноте от Infineon.
Использовал эти транзисторы в двухфазном косом, работающем на частоте 66кГц. Предварительно источник моделировался в LTspice.
К сожалению мне не удалось запустить модель этого транзистора от производителя. Поэтому при моделировании использовал свою модель, которая вполне прилично имитировала входные, выходные, вольт-амперные и коммутационные характеристики транзистора.
В модели источник обеспечивал эффективность порядка 95%. Однако на практике эффективность получилась гораздо ниже (90%). При этом транзисторы грелись гораздо выше ожидаемого. При изучении проблемы пришел к выводу, что потери вызывались хвостом проводимости этого транзистора. Для проверки этой версии, врезал в эмиттер одного из нижних транзисторов шунт 20мОм и обнаружил что в паузе через транзистор течет спадающий ток, имеющий среднее значение 0.25А! Кроме этого проводились замеры эффективности источника на частотах коммутации 66, 44 и 36кГц. В результате этих замеров выяснилось, что эффективность преобразователя практически не зависит от частоты коммутации (некоторые улучшения наблюдались для частоты 36кГц). Это говорит о том, что основные потери не зависят от частоты и поэтому имеют не коммутационный характер.
Аналогичная картина получена и с быстрыми IGBT от Microsemi - APT25GT120BRG, APT50GT120B2R и APT50GT120LR
Это в общем-то несколько усмиряет критический пыл и заставляет посмотреть на проблему с иной точки зрения. Может быть существуют какие-то особенности использования высоковольтных IGBT?
На практике, в трёхфазной индукционной печи на 25кВт, приходилось использовать баяны из 6-ти 900V-ых IGBT типа IRG4PF50WD. Там ни каких проблем не замечал, хотя использовалось частотное регулирование и транзисторы также коммутировались на аналогичных частотах. Примерно эти же транзисторы (IRG4PF50W) используются в фиксатом и опять же без особых проблем.
Сравнение возможно не совсем корректное, но приводится в том плане, что удачное использование 900V-ых IGBT давало повод надеяться на удачное использование 1200V-ых, имеющих похожие потери переключения.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

У APT-ек очень хорошо с хвостами и динамические потери у них самые меньшие из всех что попадали мне в руки. Но зато статика не айс, и в итоге то на то и выходит. Можно сказать что если у 1.2кв жибита в статике менее 3 вольт, значит у него будет хвост как у слона по любому. И любые заявы на супербыстродействие не более чем реклама. Например если смотреть на данные по датшитам на APT35GP120 в сравнении с FGL40N120AND, то может сложится впечатление что фарчилд лучше по статике и почти такой же по динамике. Лабы доказали обратное, фарчилд на фоне APT смахивает на эстонца.
Что либо улучшить можно если подобрать в пару тормоз и шустрик, как я это показывал тут http://shyza.ru/forum/viewtopic.php?f=21&t=25 Далее только вытягивать снабберами. И то снабберы облегчают жисть ключу, но кардинально вопрос хвоста не решают, так как затянутый фронт ухудшает условия для рассасывания неосновных носителей и "удар по хвосту" всего лишь смещается за фронт импульса. Понятно, что суммарные потери все же меньше чем если выключать совсем без снаббера, но на все сто "отрубить хвост" не по силам никакому снабберу.

Конкретно у АРТ хвосты не смотрел, а просто ставил всё более менее быстрое и сравнивал по КПД.
Хороший результат был получен после замены IGBT на CoolMOS IPW90R120C3. Это сразу дало прирост КПД более 2%, хотя по статике они тоже получаются не айс. Кроме этого они слабоваты по напряжению, надо 1200В.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

блин.. у меня лежит коробочка транзисторов 1200 вольт для последовательного включения в схему комутатора (полный мост , коммутировать с частотой 2 кГц оптический кристал вращающий плоскость поляризации.. хотел по 4 последовательно ставить с обвязкой стабилитронами... питание блока то - до 3 кВ )
- а тут такая засада

_________________
Стрелой горящей поезд режет темноту
послушный неизвестным силам .......
....В руках билет, чтоб мог ты с поезда сойти
И не играть в игру чужую
Но нет того, кому ты можешь предъявить
Свой тайный пропуск в жизнь другую (С)Ария

Мысль хорошая, однако пока с шустриком проблемы.

2 кГц, полагаю, не проблема. А для увеличения рабочего напряжения можно использовать ёмкостные делители напряжения из книжки Моина В.С. "Стабилизированные транзисторные преобразователи", например.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Потому и не увидели разницы - статика сожрала весь выхлоп от динамики.
А какие с ним проблемы? Вот со среднетормозом да, проблемы ибо очень нелегко найти 1.2кв жибит у которого напруга насыщения минимальна и он в тоже время еще более менее шустро клацает. IXER60N120 в этом плане идеальная пара к APT35GP120, и были в Терре всего по 90 рябчиков за душу. Теперь нет нифига, тока под заказ от 30 штук и почти косарь деревянных за душу Хорошо хоть небольшой запасец в тумбочке есть, жалею что горсть не прикупил пока еще были. А номер с ировским мегатормозом не прокатил, ибо у него хвост такой, что его никаким шустриком не исправить. А кроме этих двух все остальные 1.2кв жибиты имеют уже неприличную напругу насыщения и смысла "впрягать в одну повозку коня и трепетную лань" уже остается мало

Проблемы описаны в самом первом сообщении темы. Для большей наглядности привожу осциллограмму

Здесь второй канал измеряет напряжение на коллекторе (через делитель 100/1), а первый канал напряжение на шунте 20мОм, который включен в эмиттер транзистора. Из этих картинок видно, что, в паузе между импульсами проводимости, через транзистор протекает ток 0.005/0.02=0.25А. Что в купе с текущим напряжением 480В и заполнением приносит дополнительные потери приблизительно 60Вт. Эта картина наблюдалась несколькими различными цифровыми и аналоговыми осциллографами. Везде одно и тоже.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

И точно то же и для APT-шек? Странно, вы же говорили что их сравнивали только в плане КПД А частоту снизить до безобразия или вааще ток утечки в статике померить? Что-то я подобной хрени не замечал, чтобы вот так вот ботва
с APT-ками творилась, а гонял их на напругах вплоть до киловольта. Может вы что-то с чем-то попутали? Или попали на перемаркированные ключи? Чтобы четверть ампера в выключенном состоянии, я такого даже на ировском мегатормозе не наблюдал

PS как вариант с управой или монтажом че-то не так. Бусы ферритовые попробовать на ноги поодевать? Хоть и не полевик но все же, полевик в составе жибита имеется и вдруг вы его подписали на вч генерить? Лабу в совсем другой топологии погонять? Ну типа слепить бустер по быстрому и нагрузить его по выходу на кондер на котором нагрузкой удерживать напругу близкую к киловольту. И посмотреть, что будет с хвостами происходить. Что-то где-то явно не так, если ключи не перемаркер так себя вести ну никак не должны.

При проверке на стенде одиночными импульсами хвост заметить не удалось. Похоже что проблема возникает при управлении последовательностью импульсов.
Вопрос по перемаркеру отпадает, т.к. транзисторы брались из очень надёжного источника. С управлением всё в порядке. Это подтверждается осциллограммами. Например

Здесь первый канал - напряжение на затворе, а второй канал напряжение на коллекторе (через делитель 100/1) в хорошем разрешении, позволяющем видеть участок насыщения транзистора (немного добавляет потери проводимости, но не в наблюдаемых масштабах).
Кроме этого

Которые работают в тех же условиях управления.

Те же мысли. Однако всё в порядке. Хотя допускаю вероятность того, что зацыкливаясь на чём-то не замечаю очевидного. К сожалению в данный момент нет времени на разворачивание масштабных экспериментов. Руководство торопит с источником и предпочитает просто отказаться от "геморройной" элементной базы в пользу карбид-кремниевых MOSFET-ов.
После нового года попробуем пообщаться со специалистами с Infineon.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Глядя на картину токов и напряжений, можно сделать вывод о странной коммутации . Осталось только проверить без ооочень тяжёлого снаббера, и сделать вывод . Заодно и привет любителю "мяфкой коммутасии" сформируется

Иногда бывает эффект "не верь глазам своим", когда вроде как на затворе все ОК, но сие не значит что этот окей и на кристалле. Щас популярно имплантировать всякую хрень типа затворных резисторов или еще какой лабуды (о которой мы и не подозреваем) и как итог могут возникнуть какие нить процессы приводящие к вч звону и как итог диким потерям или даже баху. Причем у полевиков в одной и той же схеме одни нормально работают, а другим приходится бусы одевать, хотя по скопу ну все окей и у тех и у других. Я с этим наигрался когда экспериментировал с каскодным включением полевиков, когда высоковольтный наверху а внизу низковольтный с сенс выводом (как итог получаем один высоковольтный но сенсовый полевик). Например SPW17N80 ну очень не любит подобное половое извращение и звенит на все лады даже с затворными резиками (а если так драйверить не одним а баяном таких, так вааще симфония имени баха может быть), а если в каскод его не загонять - ну просто изумительно клацает, как поодиночке так и баяном. В каскоде - только с бусами, и с хорошими бусами А IXKC25N80C в том же каскоде прекрасно себя чует даже без затворных резиков, причем как один сверху так и три штуки баяном пробовал - без разницы, и общая скорость клацнья выше чем в схеме с общим истоком. А скопом вешаешься - ну фсе идеально и нихрена в затворе верхнего полевика криминального нет. Хотя может не вижу чего? Дак вроде и скопы хорошие, что тек 100мгц, что лекрой 1ггц... И щупы вроде как не совсем отстойные есть...
И такое может быть Одно могу сказать, шустрые апт-ки очень мало чем уступают полевикам и хвосты у них совсем крошечные в сравнении с другими. И если бы не статика им конкурентов не было бы
CMF20120D очень хорошие ключи судя по датшитам, одно только не айс - цена за сотню убитых енотов. Я вот облизываюсь, типа купить один на поиграться или подождать пока подешевеют. Правда жисть показывает, что карбидники дешевеют гораздо медленнее чем инфляция сжирает доходы, а семплы CREE мне ни разу еще не присылала, хотя я и заказывал не раз. Их нада как-то дурить и подсовывать крупную фирму, фирма есть но непрофильная да и в общем головняк один, проще купить...

Повертел немного датшит на CMF20120D – изумительный транзюк, если бы не его цена - смерть всем жибитам в этом классе. Если пробовать его скрещивать с IXER60N120, то вплоть до 20 ампер от жибита толку будет нуль - он даже не откроется. А вот выше уже возьмет статику на свои плечи, и так ампер до 50 тока в путь. При этом на CMF20120D статики останется 50-60 ватт (на глазок) а динамику выключения тока в 50 ампер он уполне должен потянуть, особенно если его слегка приснаберрить. То есть вполне возможно слепить мегабыстрый высковольтный ключ, который вполне сможет клацать вплоть до 50 ампер и перевольтаже в 800-1000в. Чтобы такого эффекту добиться чисто на CMF20120D придется как минимум штуки три баянить. Что при их цене мягко говоря не айс.

PS Уговорил таки свою жабу и заказал адын штук на пробу. Хрен сними с сотней баксов, пару раз не схожу в супермаркет - стройнее буду

Да, цены кусаются. Однако в этом году ROHM Semiconductor начинает выпускать SiC power MOSFET SCH2090KE. Сейчас они даже вроде как сэмплы рассылают. Скорей всего конкуренция благотворно скажется на ценах и тех и других.
Кроме этого есть SiC JFET от SEMISOUTH

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Это когда они будут... CREE всех обскакала в этой теме как обычно. Их транзюк уже есть в рознице.
Семплы тема тухлая, я в нее не верю. Не стоит потраченного времени на раскапывание формы запроса семплов, тем паче что все эти говнюки производители прячут их у себя на сайте как можно глубже
Угу, лет через пять... Карбидники известны давно уже, и конкуренты делают, да что-то цена на них в разы не падает
Не люблю головняки с управлением. Если бы им прямой ток не треба было во включенном состоянии, то еще мона было бы терпеть. А так подавай драйвер особенный... больше головняка. В мире тонны драйверов для рулежки изолированными затворами, так что это намного ближе. Да и цена на них тоже не копеешная.

Но всё же за один CMF20120D можно купить почти два SJEP120R063

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.