ซีรี่ส์#: IGBT - Infineon
อะไรคือข้อจำกัดที่สำคัญในการออกแบบการระบายความร้อนเมื่อรวมโมดูล FS225R12KE3-S1 IGBT เข้ากับแอปพลิเคชันอินเวอร์เตอร์กำลังสูง
FS225R12KE3-S1 ต้องการการจัดการระบายความร้อนอย่างระมัดระวัง เนื่องจากมีอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด 150°C และการกระจายพลังงานทั้งหมดสูงถึง 2.25 kW ภายใต้สภาวะการสลับทั่วไป วิศวกรจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความต้านทานความร้อนต่ำจากแผ่นฐานไปยังฮีทซิงค์ ซึ่งถ้าจะให้ดีต้องต่ำกว่า 0.08 K/W และใช้แรงกดในการติดตั้งที่สม่ำเสมอ (โดยทั่วไปคือแรงบิด 8–12 Nm บนสกรู M5) เพื่อลดความต้านทานของอินเทอร์เฟซให้เหลือน้อยที่สุด แนะนำให้ใช้วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสหรือแผ่นช่องว่างประสิทธิภาพสูงมากกว่าจาระบีมาตรฐานเพื่อความเสถียรในระยะยาวในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม
FS225R12KE3-S1 สามารถแทนที่โดยตรงกับ Mitsubishi CM600DY-12H ในการออกแบบมอเตอร์ไดรฟ์ที่มีอยู่โดยไม่ต้องดัดแปลงวงจรได้หรือไม่
ไม่แนะนำให้เปลี่ยนโดยตรงเนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในประจุเกต (Qg) ความต้านทานเกตภายใน และพฤติกรรมการสลับ FS225R12KE3-S1 มีตัวต้านทานเกตภายในที่ต่ำกว่า (ประมาณ 2.2 Ω) เมื่อเปรียบเทียบกับ CM600DY-12H (ประมาณ 4.7 Ω) ซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการเปิด/ปิดและโปรไฟล์ EMI นอกจากนี้ ระยะห่างระหว่างพินเอาท์และรูยึดจะแตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับกลไกและอาจเป็นไปได้ด้วยตัวขับเกต แนะนำให้ประเมินการตั้งค่าเวลาตายและวงจรลดแรงดันอีกครั้งเพื่อหลีกเลี่ยงไฟเกินหรือไฟเกินจนเกินไป
ระดับแรงดันไฟฟ้าของตัวขับเกตและข้อกำหนดการแยกใดที่จำเป็นในการใช้งาน FS225R12KE3-S1 อย่างปลอดภัยในแอปพลิเคชันบัส 600 V DC
FS225R12KE3-S1 ต้องการแรงดันไฟฟ้าไดรฟ์เกตที่ +15 V (ทั่วไป) เพื่อการปรับปรุงเต็มที่ และ –5 ถึง –15 V สำหรับการปิดเครื่อง เพื่อป้องกันการกระตุ้นที่ผิดพลาดระหว่างเหตุการณ์ dv/dt สูง ตัวขับเกตจะต้องจ่ายกระแสไฟสูงสุดอย่างน้อย ±2 A เพื่อจัดการกับประจุเกตรวมของโมดูล (Qg µs 3.2 μC) สำหรับการใช้งานบัส 600 V จำเป็นต้องมีการแยกเสริม (≥2.5 kV RMS) ระหว่างกราวด์ควบคุมและกราวด์กำลัง โดยเลือกใช้ไดรเวอร์ เช่น ซีรีส์ Infineon 1ED34xx หรือ Silicon Labs Si8239x ที่ตรงตามข้อกำหนดนี้ และรองรับการให้น้ำหนักเกตเชิงลบ
FS225R12KE3-S1 เหมาะสำหรับใช้ในอินเวอร์เตอร์สตริงแสงอาทิตย์ที่ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 50°C หรือไม่
ใช่ แต่การลดทอนเป็นสิ่งสำคัญ FS225R12KE3-S1 ได้รับการจัดอันดับสำหรับการใช้งานจนถึงอุณหภูมิเคส Tc = 80°C แต่การทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 50°C ต้องการการลดพิกัดกระแสไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ โดยทั่วไปจะลดลง 20–30% ที่อุณหภูมิแวดล้อม 60°C ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของฮีทซิงค์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการไหลเวียนของอากาศเพียงพอ และพิจารณาขยายขนาดฮีทซิงค์ให้ใหญ่ขึ้นหรือใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลว หากอุณหภูมิแวดล้อมเกิน 55°C ตรวจสอบความน่าเชื่อถือในระยะยาวภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน ดังที่ ΔT > 60 K ซ้ำสามารถเร่งความล้าของลวดบอนด์ได้
ประสิทธิภาพของไดโอดภายในของ FS225R12KE3-S1 เปรียบเทียบกับไดโอด SiC Schottky ภายนอกในการใช้งานเบรกแบบสร้างใหม่ได้อย่างไร
ไดโอดแบบหมุนอิสระในตัวใน FS225R12KE3-S1 มีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าค่อนข้างสูง (Vf ñ 2.8 V ที่ 225 A) และประจุการกู้คืนแบบย้อนกลับ (Qrr µ µC 12 μC) ทำให้เกิดการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการดำเนินการสร้างใหม่ สำหรับการใช้งานที่เน้นประสิทธิภาพ เช่น เซอร์โวไดรฟ์หรือลิฟต์ การขนานไดโอด SiC Schottky ภายนอก (เช่น Wolfspeed C3D20060D) ข้ามขั้วของโมดูลจะช่วยลดการนำไฟฟ้าและการสูญเสียการสลับได้สูงสุดถึง 40% อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนของโครงร่าง ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลเฉพาะในสถานการณ์การฟื้นฟูที่มีรอบการทำงานสูงเท่านั้น
ข้อควรระวังอะไรบ้างเมื่อทำการขนานโมดูล FS225R12KE3-S1 หลายโมดูลเพื่อความจุกระแสไฟที่สูงขึ้น
โมดูล FS225R12KE3-S1 แบบขนานต้องใช้ความสมมาตรที่เข้มงวดในรูปแบบบัส DC, จังหวะการขับเกต และคัปปลิ้งความร้อน ความเหนี่ยวนำของเกตลูปที่ไม่ตรงกัน (ความแตกต่าง >10 nH) อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลของกระแสไดนามิกเกิน 20% ใช้ตัวต้านทานเกตแต่ละตัวต่อโมดูล (จับคู่ภายใน 1%) และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความล่าช้าในการแพร่กระจายของไดรเวอร์เกตที่เหมือนกัน ติดตั้งโมดูลทั้งหมดด้วยกลไกบนฮีทซิงค์แบบแบนตัวเดียว (ความทนทานต่อความเรียบ <0.02 มม.) เพื่อรักษาความต้านทานความร้อนให้เท่ากัน แนะนำให้ใช้การปรับสมดุลกระแสที่ใช้งานผ่านตัวต้านทานการรับรู้ของตัวปล่อยและการควบคุมป้อนกลับสำหรับระบบที่มีความสำคัญต่อภารกิจ
FS225R12KE3-S1 สามารถใช้กับโทโพโลยีแบบฮาร์ดสวิตซ์ 1200 V ที่มีลิงก์ 900 V DC ได้หรือไม่ และอะไรคือความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่สำคัญ
แม้ว่า FS225R12KE3-S1 ได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันไฟฟ้าบล็อค 1200 V แต่การทำงานที่ใกล้ 900 V DC ในโหมดฮาร์ดสวิตชิ่งจะเพิ่มความเสี่ยงที่แรงดันไฟฟ้าเกินพิกัดในระหว่างการปิดเครื่องเนื่องจากการเหนี่ยวนำหลงทาง หากไม่มีการออกแบบที่เหมาะสมหรือการจับยึดแบบแอคทีฟ แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวอาจเกิน 1300 V ได้ ส่งผลให้อุปกรณ์อยู่นอกพื้นที่การทำงานที่ปลอดภัย (SOA) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเหนี่ยวนำลูปทั้งหมดลดลง (<50 nH) และใช้ RC snubbers หรือการจับยึดแบบ TVS ความน่าเชื่อถือในระยะยาวยังอาจได้รับผลกระทบจากความล้มเหลวที่เกิดจากรังสีคอสมิกที่ระดับความสูงสูง โปรดพิจารณาลด VCE เป็น ≤800 V สำหรับการติดตั้งที่สูงกว่า 2000 ม.
อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง FS225R12KE3-S1 และ FS200R12KT3-E3 รุ่นเก่าในแง่ของการย้ายการออกแบบ
FS225R12KE3-S1 มีอัตรากระแสไฟสูงกว่า 12.5% (225 A เทียบกับ 200 A) และประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้นเนื่องจากการจัดวางชิปและวัสดุแผ่นฐานที่ได้รับการปรับปรุง อย่างไรก็ตาม ใช้การกำหนดค่าเกตพินที่แตกต่างกัน และต้องมีการกำหนดเวลาไดรฟ์เกตที่ได้รับการอัปเดต โมดูลรุ่นใหม่จะสลับเร็วขึ้น ~15% จำเป็นต้องมีการแก้ไขเวลาตายและอาจมีตัวต้านทานเกตที่เล็กลงเพื่อหลีกเลี่ยงการสั่น รอยเท้ามีความคล้ายคลึงแต่ไม่เหมือนกัน ตรวจสอบการจัดตำแหน่งรูยึดก่อนนำบอร์ดกลับมาใช้ใหม่ โดยทั่วไปการย้ายถิ่นจะตรงไปตรงมา แต่ต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของ EMI และพฤติกรรมทางความร้อนในระบบเป้าหมาย
ควรจัดเก็บและจัดการ FS225R12KE3-S1 อย่างไรเพื่อป้องกันความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตก่อนการติดตั้ง
FS225R12KE3-S1 มีโครงสร้าง MOS-gate ที่ไวต่อ ESD; เก็บในโฟมนำไฟฟ้าหรือบรรจุภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตโดยที่ขั้วต่อทั้งหมดลัดวงจร ใช้งานเฉพาะในสภาพแวดล้อม EPA (พื้นที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต) ที่มีสายรัดข้อมือแบบต่อสายดินและพื้นเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับความชื้น >60% RH โดยไม่ต้องบรรจุในที่แห้งอย่างเหมาะสม การดูดซับความชื้นอาจทำให้เกิดป๊อปคอร์นระหว่างการเติมน้ำซ้ำหรือการทำงานภาคสนาม อย่าถอดแถบป้องกันลัดวงจรออกจนกว่าจะถึงทันทีก่อนที่จะติดตั้ง และอย่าตรวจสอบขั้วต่อตัวปล่อยเกตโดยไม่มีขั้นตอนการคายประจุที่เหมาะสม
FS225R12KE3-S1 เป็นไปตามมาตรฐานคุณสมบัติของยานยนต์สำหรับใช้ในอินเวอร์เตอร์ฉุดลาก EV หรือไม่
ไม่ FS225R12KE3-S1 ไม่ผ่านการรับรอง AEC-Q101 และไม่มีการทดสอบความน่าเชื่อถือเพิ่มเติม (เช่น HTOL การหมุนเวียนกำลัง >100,000 รอบ) ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานในยานยนต์ แม้ว่าจะสามารถจัดการโหลดอินเวอร์เตอร์ EV ด้วยระบบไฟฟ้า แต่ประสิทธิภาพในระยะยาวภายใต้การสั่นสะเทือน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน และความชื้นสูงไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเกรดยานยนต์ สำหรับการใช้งาน EV ให้พิจารณาทางเลือกอื่นที่ได้รับการรับรองสำหรับยานยนต์ เช่น โมดูล Infineon FS820R08A6P2B หรือ Mitsubishi J-Series ที่รองรับ AQG 324 เต็มรูปแบบ
