Şirket Blog About Infineon IKW25N120T2 1200V 25A IGBT Transistör Anti-Paralel Diyotlu

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. Infineon'un IKW25N120T2 1200V 25A IGBT transistörünü anti-paralel diyot ile tedarik etmektedir.IKW25N120T21200V 25A IGBT transistörünü anti-paralel diyot ile.

I. IKW25N120T2 Model ve Ürün Konumlandırması

IKW25N120T2, Infineon'un ikinci nesil (T2) TRENCHSTOP serisinden 1200V/25A tek transistörlü bir IGBT'dir. IGBT çipini tek bir PG-TO-247-3 plastik paket içinde yumuşak toparlanma, hızlı toparlanma yayıcı kontrollü diyot ile entegre eden 'DuoPack' konfigürasyonunu kullanır; sipariş kodu IKW25N120T2FKSA1 ve ipek baskı işareti K25T1202'dir.

Model tanımı özellikleri açıkça belirtir: 'IK', anti-paralel diyotlu bir IGBT'yi belirtir (oysa 'IG' ile başlayan bir tanım, diyotsuz tek çipli bir IGBT'yi gösterir); 'W', TO-247 paketini ifade eder; 25, 100 °C kasa sıcaklığında 25 A'lik bir nominal toplayıcı akım anlamına gelir; 120, 1200 V'luk bir voltaj derecesini belirtir; T2, Infineon'un dördüncü nesil IGBT'sinin (IGBT4) hendek kapılı alan durdurma yapısından türetilen çip teknolojisine sahip TRENCHSTOP 2. nesil platformunu ifade eder. Resmi olarak önerilen anahtarlama frekansı aralığı 2 kHz ila 20 kHz'dir; 'düşük frekanslı sert anahtarlama' cihazı olarak konumlandırılmıştır ve anahtarlama kayıplarını da dikkate alırken iletim kayıplarını önceliklendirir, yüksek frekanslı çalışma için tasarlanmış H3 serisini tamamlar.

II. Teknik Platform ve Yapısal Özellikler IKW25N120T2

Bu cihazın kalbinde hendek kapısı ve alan durdurma katmanından oluşan kompozit bir yapı bulunur. Hendek kapısı, kanalın düzlemden dikeye dönüşümünü sağlayarak hücre yoğunluğunu ve transkondüktansını artırır; alan durdurma katmanı, sürüklenme bölgesinin kuyruk ucunda bir tampon oluşturarak, 1.200 V'luk bir kırılma voltajını korurken çipin daha ince üretilmesini sağlar, böylece doyma voltaj düşüşünü ve kapanma kuyruk akımını aynı anda azaltır. Önceki düzlem kapılı IGBT'lere kıyasla bu nesil, sadece iletim kayıplarını anahtarlama kayıplarına karşı takas etmek yerine hem statik hem de dinamik özelliklerde iyileştirmeler sunar.

Anti-paralel diyot, çok yumuşak bir toparlanma dalga formu ve kontrol edilebilir toparlanma yükü ile karakterize edilen yayıcı kontrollü, yüksek verimli (HE) bir tasarıma sahiptir. Bu, IGBT açıldığında diyotun tepe ters toparlanma akımını bastırarak açılma kayıplarını ve EMI'yi azaltır. Bu aynı zamanda 'DuoPack' paketinin pratik değeridir: IGBT ve diyotu aynı üretici tarafından aynı çip alanına uyacak şekilde tasarlanmış ve eşleştirilmiştir; kullanıcıların ayrı bir hızlı toparlanma diyotu seçmelerine gerek kalmaz, bu da yerden ve maliyetten tasarruf sağlarken uyumsuzluk hatalarını önler.

III. Temel Statik Parametreler IKW25N120T2

Toplayıcı-yayıcı voltajı (VCE) 1200 V'tur (VGE = 0 V ve IC = 500 µA'da ölçülmüştür); maksimum kapı-yayıcı voltajı ±20 V'tur; çalışma eklem sıcaklığı aralığı -40 °C ila +175 °C'dir; ve depolama sıcaklığı aralığı -55 °C ila +150 °C'dir.

Akım kapasitesi iki seviyeye ayrılır: 25 °C kasa sıcaklığında (TC) 50 A DC toplayıcı akım, bu değer TC = 110 °C'de 25 A'e düşer; bu, '25 A' derecesinin kökenini açıklar; Darbe toplayıcı akım ICPuls 100 A'dir (Tjmax ile sınırlıdır), güvenli çalışma alanı (SOA) kapanma için de 100 A'dir (VCE ≤ 1.200 V, Tj ≤ 175 °C). Diyot tarafı: 25 °C'de 40 A ve 110 °C'de 25 A ileri akım; darbe akımı 100 A'dir.

Doyma voltaj düşüşü VCEsat, VGE = 15 V ve IC = 25 A koşulları altında, 25 °C'de tipik olarak 1,7 V (maksimum 2,2 V), 150 °C'de tipik olarak 2,1 V ve 175 °C'de tipik olarak 2,2 V'tur. Bu rakamlar 1200 V/25 A sınıfı için düşük taraftadır ve doğrudan T2 platformunun 'düşük VCEsat' satış noktasına yansır. Daha da önemlisi, VCEsat pozitif bir sıcaklık katsayısı sergiler; voltaj düşüşü yüksek sıcaklıklarda azalmak yerine artar. Birden fazla cihaz paralel bağlandığında, akım doğal olarak dengelenir, bireysel cihazların akım 'kapması' nedeniyle oluşan termal kaçakları önler; sonuç olarak, üretici 'kolay paralelleme'yi açıkça bir özellik olarak listeler.

Diğer statik parametreler: kapı eşik voltajı VGEth 5,2 V / 5,8 V / 6,4 V'tur (minimum / tipik / maksimum) ve transkondüktans gfs tipik olarak 13,5 S'dir (VCE = 20 V, IC = 25 A). Bu geniş eşik voltajı dağılımı, cihazın mantık seviyesi sürücülerle (3,3 V veya 5 V gibi) doğrudan uyumlu olmadığı anlamına gelir; +15 V açılma voltajına sahip özel bir IGBT sürücüsü kullanılmalıdır. Sıfır kapı voltajı kaçak akımı ICES, 25 °C ve 1200 V'ta yaklaşık 0,4 mA, 150 °C'de yaklaşık 4 mA'dir ve 175 °C'de 20 mA'e ulaşabilir; yüksek sıcaklık engelleme kayıpları, yüksek voltaj bekleme modunda veya yüksek sıcaklık ortamlarında dikkate alınmalı ve normal sıcaklık değerleri kullanılarak tahmin edilemez.

Diyotun ileri voltaj düşüşü (VF), IF = 25 A olduğunda 25 °C'de tipik olarak 1,65 V ve 150 °C'de 1,7 V'tur, maksimum 2,2 V'tur.

IV. Dinamik Parametreler ve Anahtarlama Kayıpları IKW25N120T2

Giriş kapasitansı Ciss 1600 pF, çıkış kapasitansı Coss 155 pF ve ters transfer kapasitansı Crss 90 pF'dir (VCE = 25 V, VGE = 0 V, 1 MHz); kapı yükü QGate 120 nC'dir (VCC = 960 V, IC = 25 A, VGE = 15 V). Bu veri seti sürücü gücünü belirler: Qg × ΔVGE × fsw formülü kullanılarak tahmin edilen 10 kHz'deki kapı sürücü gücü yaklaşık 0,12 µC × 23 V × 10 k, ≈ 28 mW'dir. Sürücünün kendisi üzerindeki yük çok hafiftir; asıl zorluk, Miller kapasitansından kaynaklanan dv/dt'den kaynaklanan yanlış tetikleme olup, yetersiz sürücü gücünden değil.

Endüktif bir yük, VCC = 600 V, IC = 25 A, VGE = 0/15 V ve RG = 16,4 Ω test koşulları altında, 25 °C'deki anahtarlama özellikleri şu şekildedir: açılma gecikmesi td (on) 27 ns, yükselme süresi tr 20 ns, kapanma gecikmesi td (off) 265 ns, düşme süresi tf 95 ns, açılma enerjisi Eon 1,55 mJ, kapanma enerjisi Eoff 1,35 mJ ve toplam anahtarlama enerjisi Ets 2,9 mJ; 175 °C'de, td (on) 25 ns, tr 24 ns, td (off) 340 ns, tf 164 ns, Eon 2,25 mJ, Eoff 2,05 mJ, Ets 4,3 mJ'dir.

Bu veri setinin en dikkat çekici yönü sıcaklık etkisidir: açılma parametreleri neredeyse değişmeden kalırken, kapanma parametreleri önemli ölçüde bozulur, tf 95 ns'den 164 ns'ye yükselir ve Eoff yaklaşık %52 artar. Bunun nedeni, yüksek sıcaklıklarda tüm IGBT'lerin ortak bir özelliği olan artan kuyruk akımıdır. Sonuç olarak, termal tasarım hesaplamaları 25°C'deki Eoff değerine dayanmamalıdır; 125°C veya 175°C değerleri kullanılarak bir güvenlik marjı uygulanmalıdır, aksi takdirde gerçek sıcaklık artışı beklentileri aşacaktır. Ayrıca, veri sayfası Eon'un zaten diyot ters toparlanma kaybını içerdiğini belirtir; sistem düzeyinde tahmin için Ets kullanılırken, çifte sayımı önlemek için Qrr kaybı ayrı olarak eklenmemelidir.

175°C'de 4,3 mJ'lik bir Ets'ye dayanarak, anahtarlama kayıpları 10 kHz'de yaklaşık 43 W ve 20 kHz'de yaklaşık 86 W'tur; bu, üreticinin üst sınırı 20 kHz olarak belirlemesinin nedenini açıklar - daha yüksek frekanslarda, anahtarlama kayıpları verimlilik kazançlarını hızla aşındırır, bu da daha sonra H3 veya IGBT7 cihazlarının alanına girer.

V. Detaylar IKW25N120T2 anti-paralel diyotlar

Diyot ters toparlanma süresi (trr), VR = 600 V, IF = 25 A ve diF/dt ≈ 1050 A/µs koşulları altında 25 °C'de 195 ns ve 175 °C'de 290 ns'dir; Ters toparlanma yükü (Qrr) 25 °C'de 2,05 µC ve 175 °C'de 3,65 µC'dir; tepe ters toparlanma akımı (Irrm) 25 °C'de 20 A ve 175 °C'de 24 A'dir; toparlanma akımı düşüşünün eğimi (dirr/dt) 25 °C'de 475 A/µs ve 175 °C'de 330 A/µs'dir.

Bu veri setinin 'yumuşak' doğası, nispeten nazik dirr/dt ile yansıtılır, bu da yüksek sıcaklıklarda daha da yavaşlar; toparlanma süreci dik bir akım düşüşü eksikliğine sahiptir ve bu nedenle otobüs parazitik endüktansı boyunca büyük voltaj ani yükselmelerine neden olmaz, bu da iyi EMI performansı ile sonuçlanır. Karşılığında nispeten yüksek bir Qrr (175 °C'de 3,65 µC) vardır; 20 kHz'lik bir sert anahtarlama köprü kolunda, diyot toparlanma kayıpları toplam kayıpların önemli bir bölümünü oluşturacaktır. Mühendislik ödünleşmesi şöyledir: uygulama düşük gürültü, düşük voltaj ani yükselmeleri ve genel sistem güvenilirliğini önceliklendirirse, bu yumuşak toparlanma kombinasyonu uygundur; mümkün olan en yüksek yüksek frekans verimliliğini elde etmek amaçlanıyorsa, o zaman H3 veya IGBT7 ile uyumlu olanlar gibi daha hızlı toparlanma sürelerine sahip diyotlar kullanılmalıdır.

VI. IKW25N120T2 Kısa Devre Yeteneği ve Güvenli Çalışma Alanı

Kısa devre dayanım süresi (tSC), VGE = 15 V, VCC ≤ 600 V ve 175 °C başlangıç eklem sıcaklığı test koşulları altında 10 µs'dir; kısa devre döngülerinin sayısının 1.000'den az olması ve her kısa devre olayı arasında 1 s'den fazla bir aralık olması belirtilir. Kısa devre akımıyla ilgili olarak, VGE = 15 V, VCC = 600 V ve tSC ≤ 10 µs koşulları altında, tipik kısa devre akımı 25 °C başlangıç eklem sıcaklığında 150 A ve 175 °C başlangıç eklem sıcaklığında 115 A'dir, bu da nominal akımın yaklaşık 4,6 ila 6 katıdır.

10 µs'lik pencere, koruma tasarımı için net gereksinimler getirir: doygunluk dışı algılama için körleme süresi 10 µs'den az olmalı ve yumuşak kapanma eğimi, kapanma anındaki di/dt'nin kaçak endüktans üzerinde aşırı voltaj indüklemesini ve kırılmaya neden olmasını önleyecek kadar nazik olmalıdır. 10 µs'den uzun süren bir kısa devre kaçınılmaz olarak arızaya yol açacaktır; bu nedenle, bu 'isteğe bağlı koruma' değil, zorunlu bir gerekliliktir. Ayrıca, 175°C başlangıç eklem sıcaklığında, kısa devre akımının azaldığı ve pencerenin daraldığı unutulmamalıdır; bu nedenle, yüksek sıcaklık, ağır yük çalışma koşulları altında koruma eşiği için bir marj bırakılmalıdır.

VII. Termal Tasarım ve Güç Dağılımı Tahmini IKW25N120T2

Termal direnç Rthjc (IGBT) 0,43 K/W, diyot Rthjc 0,81 K/W ve eklemden çevreye termal direnç Rthja 40 K/W'dir (ısı emici olmadan, doğal konveksiyon; yalnızca referans amaçlıdır). TC = 25 °C'de, toplam güç dağılımı Ptot 349 W'tur, kasa sıcaklığına göre doğrusal olarak azalır.

Tipik çalışma koşulları olan 25 A, 150 °C ve 10 kHz'e dayalı kaba bir hesaplama: iletim kaybı yaklaşık 25 A × 2,1 V ≈ 52,5 W'tur ve anahtarlama kaybı yaklaşık 2,9 ila 4,3 mJ × 10 kHz ≈ 29 ila 43 W'tur; bunların toplamı yaklaşık 80 ila 95 W'tur. 0,43 K/W'lık bir Rthjc varsayarsak, yalnızca eklem ve kasa arasındaki sıcaklık farkı 35 ila 41 K'dir; kasa sıcaklığı 80 °C'de kontrol edilirse, eklem sıcaklığı zaten 120 ila 125 °C'ye yakındır, 175 °C üst sınırına kadar bir miktar boşluk bırakır, ancak bu marj 20 kHz'de hızla daralacaktır. Bu, cihazın 'orta frekanslar, yüksek akımlar ve iyi tasarlanmış bir ısı emici' içeren uygulamalar için uygun olduğunu, bunun yerine küçük bir ısı emicisini yüksek frekanslarla başa çıkmaya zorlamak yerine gösterir.

Diyotun termal direnci, IGBT'ninkinin neredeyse iki katıdır (0,81 K/W); serbest tekerlek görev döngüsünün yüksek olduğu veya güç faktörünün düşük olduğu (yani yüksek reaktif güç bileşeni) köprü devrelerinde, diyot eklem sıcaklığı önce sınırına ulaşabilir. Bir ısı emici seçerken ve eklem sıcaklığını hesaplarken, diyot ayrı ayrı hesaplanmalıdır; yalnızca IGBT'nin termal direnç eğrisine güvenilmemelidir.

VIII. Temel Tasarım Hususları IKW25N120T2 Sürücü ve Paralel Konfigürasyon

Kapı sürücüsü için, +15 V açılma voltajı ve yaklaşık -8 V kapanma voltajı önerilir. Negatif bir kapanma önyargısı, özellikle 1200 V cihazlar için önemli olan dv/dt kaynaklı yanlış tetiklemeye karşı direnci önemli ölçüde artırır. Veri sayfasındaki anahtarlama parametreleri RG = 16,4 Ω için verilmiştir; pratikte bir direnç seçerken, bu değer etrafında ayarlamalar yapılabilir: RG'yi artırmak di/dt ve ani yükselmeleri azaltır ve EMI'yi bastırır, ancak anahtarlama kayıplarını artırır; RG'yi azaltmak ters etkiye sahiptir. Eon diyot toparlanmasını içerdiğinden, açılma tarafındaki direnç çok düşük ayarlanmamalıdır, aksi takdirde tepe toparlanma akımı ve salınımlar artacaktır.

TO-247 paketinin dahili kapı direnci RGint 0'dır, bu da tüm kapı direncinin harici olarak sağlandığı ve önemli tasarım esnekliği sunduğu anlamına gelir. Ancak bu aynı zamanda dahili bir sönümleme olmadığı anlamına gelir; biraz daha uzun kapı devresi izleri bile kolayca salınıma neden olabilir. Bu nedenle, düzenleme, sürücü devresini cihaza mümkün olduğunca yakın konumlandırmalı, tek noktalı bir toprak kullanmalı ve güç devresi ile kapı devresi arasındaki kuplajı önlemelidir. Dahili yayıcı endüktansı (LE) yaklaşık 13 nH'dir (kasadan 5 mm ölçülmüştür). Ortak yayıcı endüktans etkileri altında, bu değer kapanma hızını sınırlayacak ve voltaj ani yükselmelerini artıracaktır; bu, bu tür etkileri bastırmak için düzenleme sırasında Kelvin bağlantılarının veya kompakt bara çubuklarının kullanılması gereken bir alandır.

Paralel çalışma ile ilgili olarak, VCEsat'ın pozitif sıcaklık katsayısı doğal olarak statik akım paylaşımını kolaylaştırır, bu da resmi olarak 'kolay paralelleme' olarak adlandırılır. Ancak, paralelleme yaparken iki noktaya dikkat etmek gerekir: birincisi, VGEth'deki 5,2 ila 6,4 V'luk yayılma, açılma zamanlamasında küçük varyasyonlara neden olacaktır; dinamik akım paylaşımı, her cihaz için bağımsız kapı dirençleri kullanılarak dengelenmelidir; ikincisi, paralellemeden sonra, toplam Qg ve Ciss üstel olarak artar, bu nedenle sürücünün tepe akımı buna göre artırılmalıdır. Birden fazla cihaz arasında tek bir kapı direncinin paylaşılması önerilmez.

IX. Tipik Uygulama Senaryoları IKW25N120T2

1200 V, 25 A ve 2 ila 20 kHz özellikleriyle bu cihaz en tipik olarak şu alanlarda kullanılır: kesintisiz güç kaynaklarının (UPS) invertör ve PFC aşamaları; frekans dönüştürücüler ve genel amaçlı frekans dönüştürücüler; ark kaynak makineleri ve indüksiyon ısıtma cihazlarında orta ila düşük güçlü yarım köprü veya tek uçlu topolojiler; fotovoltaik ve enerji depolama sistemlerinde düşük güçlü şebekeye bağlı veya şebekeden bağımsız aşamalar; şarj cihazları ve endüstriyel güç kaynaklarında sert anahtarlamalı yarım köprüler; ve üç fazlı motor sürücülerinde yaklaşık 1 kW güç aralığı.

380 V üç fazlı bir redresörün yaklaşık 540 V'luk bir bara voltajı ürettiği veya tek fazlı 220 V beslemenin 400 V bara'ya yükseltildiği uygulamalarda, 1.200 V dayanım voltajının sağladığı marj, RCD kelepçeleme veya yumuşak anahtarlama ile birlikte, kapanma ani yükselmelerini ve şebeke dalgalanmalarını ele almak için yeterlidir - 600 V sınıfı cihazların başaramayacağı bir şey. Bara uzun süreler boyunca 800V veya üzerinde çalışıyorsa, aşırı gerilim marjı yeniden değerlendirilmeli veya kapanma aşırı voltaj korumasını iyileştirmek için dört pinli bir paket kullanılmalıdır.

Özet: IKW25N120T2 açıkça tanımlanmış bir uygulamaya ve mükemmel parametre tutarlılığına sahip 1200V/25A'lık bir sert anahtarlamalı IGBT'dir. Değeri aşırı performansta değil, düşük doyma voltaj düşüşü, çok 'yumuşak' eşleşen diyotları, pozitif sıcaklık katsayısı (PTC) paralellemesi ve 10 µs kısa devre dayanım yeteneği ile en geniş endüstriyel güç aralığında - 2 ila 20 kHz arasında - kararlılık, tasarım kolaylığı ve maliyet kontrolünü sağlama yeteneğinde yatmaktadır. Yalnızca sıcaklık özellikleri, termal direnç dağılımı ve yaşam döngüsü durumu anlaşılarak bu cihaz tam potansiyeline ulaşabilir.