Применение IGBT в линейном стабилизаторе(2)

[user12]

Вопрос применения IGBT в линейных схемах меня особо не интересует, просто возникла нужда протестировать тепловые характеристики радиатора. Ну, там, - вентилятор/регулятор отстроить, прокладки протестировать. До этого пользовался MOSFET, никогда проблем небыло. Это я по поводу "кривых рук". ))

Итак, subj.
Взял мощный IGBT, чтобы быть точным - FGH60N60SMD (http://lib.chipdip.ru/319/DOC000319308.pdf) - 600В, 600 Вт, 60А, довольно быстрый.
Схема включения - прямое подключение к ТЕС-5010 (40В 10А) к эмиттеру и корректору проводами МГТФ 0.5, длина порядка 0.8 метра. Затвор подключается к резистивному делителю (с коллектора и эмиттера), номинал 15 К и 2.2 К. Пороговое напряжение IGBT порядка 4.8 В, т.е. критичное напряжение питания узла порядка 42 В. Транзистор установлен на радиатор через термопасту.

Первое включение - ток убран в 0, напряжение плавно повышается до "упора" переключения токового ограничения ТЕС, что-то в районе 42 В. Начинаю повышать ток и где-то около 1.5 амперов происходит тихий щелчок и транзистор сплавляется. Упс, 300 рублей улетело. Кровные. Пихать второй и проверять на "случайность"? Ну уж нет, взял что другое.

Второе включение - IGBT 2PG001 (http://www.semicon.panasonic.co.jp/d...AED_discon.pdf) (350В, 40 Вт, 30А) Мощность мала, но этото из-за ISO корпуса (TO-220F).
Делитель тот же, соединения те-же, подача мощности та-же (плавная). Включаю, дохожу до 1 А и снова тихий щелчок.

Третье включение, транзистор снова 2PG001. Теперь я оооочень плавно повышаю ток и на 0.8А схема начинает "тикать". Осциллограф показывает кратковременные замыкания К-Э, ничего необычного - никакого возбуждения, даже намеков нет. Напряжение "включения" К-Э около 5.5 В
Встал на затвор и посмотрел картину там, стало чуть интереснее. А именно, при приближении тока коллектора к "пограничному" току в 0.8А напряжение на затворе начинает слегка уменьшаться (4.8 -> 4.5... ) с последующим щелчком включения и напряжением на затворе 0.6 В (из-за делителя).

Или я в чем то круто заблуждаюсь, или IGBT в линейном режиме не работают. Мысли?

[FOLKSDOICH]

А полевики так же насиловали?

[user12]

Ээээ, определение "насиловали" я опущу.
С MOSFET проблем никогда небыло. Ни разу. Например, IRFP450 - легко снималась мощность в 250-300 Вт при напряжении 50 вольт. Или BUZ11 - 150 Вт. Понятное дело, что это делалось не из "любви к искусству", мне надо было тестировать системы охлаждения.
За всё время ни один (кролик) транзистор не сгорел.

Если не совсем корректно выразился, то поясню - данная схема включения является параллельным стабилизатором с напряжением стабилизации, определяемым делителем. Для регулировки мощности, выделяемой на транзисторе можно или менять напряжение питания или ток ограничения блока питания. Такая идея хорошо проходит для MOSFET и совсем не подходит для IGBT, т.к. они "линейными" элементами не являются.

[Ломатель]

user12, напряжение затвор-эмиттер не превышает +-20В в ходе экспериментов?
Если превысит - кранты транзистору.

---------- Сообщение добавлено 21.53 ---------- Предыдущее сообщение было 21.44 ----------

Еще может быть возникновение генерации.

---------- Сообщение добавлено 21.55 ---------- Предыдущее сообщение было 21.53 ----------

Вообще, IGBT умеют работать в линейном режиме. В американском военном стандарте на измерение IGBT приводится схема источника тока на IGBT и ОУ, где IGBT - активный элемент регулятор.

[user12]

Ломатель, там резистивный делитель прямо на выводах транзистора. К тому-же, напряжение я повышал очень плавно, да и ТЕС повышает напряжение не слишком резво. Так что - высокого напряжения там быть не могло, даже из-за "динамической емкости" коллектор-затвор.
К слову, если ток не превышать, то транзистор "схлопывается" не до 0, а примерно 5.6 вольт, и остается в таком режиме, если ток не снизить. ВЧ генерации нет, осциллограф бы показал (Rigol DS1104z).

"Вообще, IGBT умеют работать в линейном режиме." - IMHO, структуры разные. Если взять старый медленный IGBT, то наверно и сможет работать как линейник.

[Ломатель]

user12, попробуйте уменьшить номиналы делителя до десятков-сотен ом.

[user12]

Ломатель, делитель 480 Ом и 68 Ом (меньше не хочется, мощность большая) - все тоже самое. Напряжение примерно 38 вольт, ток "включения" 1.5 ампера (после чего напряжение падает до 5.6 вольта), ток "отключения" (переход в нормальный режим) примерно 0.8 ампера. Генерации не вижу.

[Ломатель]

Соберите управляемый источник тока на ОУ, применив в качестве регулирующего элемента IGBT:
http://www.gaw.ru/im/doc/op/funop/ris129.gif
http://www.alexklm.ru/ru/img2/CurrentSource.GIF

Это будет хорошо соответствовать вашим задачам - выделять тепло на транзисторе

[fakel]

Если не совсем корректно выразился, то поясню - данная схема включения является параллельным стабилизатором с напряжением стабилизации, определяемым делителем.

Вам на курсах ТОЭ не говорили, почему нельзя соединять параллельно источники напряжения и последовательно - источники тока?

[zoog]

Второе включение - IGBT 2PG001 (http://www.semicon.panasonic.co.jp/d...AED_discon.pdf) (350В, 40 Вт, 30А) Мощность мала, но этото из-за ISO корпуса (TO-220F).Делитель тот же, соединения те-же, подача мощности та-же (плавная). Включаю, дохожу до 1 А и снова тихий щелчок.

Так ведь тупо мощность превышена.

[Alex]

"Вообще, IGBT умеют работать в линейном режиме." - IMHO, структуры разные. Если взять старый медленный IGBT, то наверно и сможет работать как линейник.

Любой может.

[user12]

Вам на курсах ТОЭ не говорили, почему нельзя соединять параллельно источники напряжения и последовательно - источники тока?

Изучайте матчасть. Блок питания ТЕС является ИТУН.

Так ведь тупо мощность превышена.

Я уже сказал, нормируемая мощность ограничена не кристаллом, а упаковкой. Впрочем, возражение засчитано, проверю. После спиливания изоляционного слоя не изменилось ровным счетом ничего.

Любой может.

А вы забавный.

Теперь по сути.

Соберите управляемый источник тока на ОУ, применив в качестве регулирующего элемента IGBT:
http://www.gaw.ru/im/doc/op/funop/ris129.gif
http://www.alexklm.ru/ru/img2/CurrentSource.GIF

Это будет хорошо соответствовать вашим задачам - выделять тепло на транзисторе

Понятно, предлагается ввести "жесткий" контроль затвора, без обратной связи коллектор-затвор.

Спаял простенькую схему на LM358, 0.1 Ом и этом IGBT. Отличие в схеме - в операционнике была обратная связь не с токового датчика, а с его выхода (фактически - повторитель). Это максимально устраняло вопросы обратной связи через транзистор. Подчеркиваю - обратной связи небыло никакой. Резистор с выхода операционника в затвор - 10 Ом.

Условия теста: напряжение 40 вольт, токовое ограничение в ТЕС максимальное 10 А (чтоб не мешался).

Повышаю напряжение управления, начинает возрастать ток. При примерно 3.5 амперах происходит щелчок и ТЕС вываливает в ограничение по току (10 А), напряжение на коллекторе около 5.5 В. Снижаю ток, но транзистор уже не оживает. ВСЁ, помер.
Я понимаю, что 3.5 А уже существенно выше максимальной мощности транзистора (после удаления изоляции корпуса должен держать 100-120 Вт), но характер дефекта аналогичен тому, что наблюдался в схеме с банальным делителем.

Еще раз перепроверил, в осциллографе были отключены все ВЧ фильтры, поэтому устойчивую генерацию, даже слабую, я бы заметил.

Да, еще один момент. При резистивном делителе (без операционника), при повышении тока коллектора, напряжение на нем уменьшается. Это же я уже отмечал и на затворе (напряжение снижалось).

[Ломатель]

user12, я думаю, что транзистор выходит из строя тупо из за перегрева, в Вашем случае.

Покуда не превышена Tj max, Vces, Vges - кристаллу IGBT хрен что станет. Из за длительной токовой перегрузки могут расплавиться проволоки, которыми разваривают кристалл.
Не забывайте, что Tj не равна температуре радиатора, между ними приличное тепловое сопротивление кристалл-корпус-радиатор.

Во первых, еще раз здесь четко опишите, что является вашей целью. В противном случае профессионалы помогать здесь Вам не будут.

Если ваша задача - выделять на транзисторе ЗАДАННУЮ мощность, то соберите схему источника тока, по моей ссылке, предварительно ее рассчитайте. При этом выделяемая мощность будет равна произведению Напряжение БП на ток IGBT.

Возьмите качественный IGBT от IR, c большим номинальным током, большим кристаллом и неизолированным корпусом подробным даташитом, в котором указаны все тепловые сопротивления, а также параметры линейной модели ВАХ для теплового расчета.


Если заморачиваться лень - работайте далее с МОСФЕТАМИ, если такие режимы они переносили.

[user12]

Ломатель, все верно, но есть один момент - транзистор FGH60N60SMD, который сгорел в том-же схемном включении при смехотворной мощности в 50-100 Вт, отвечает всем предложенным условиям и, вообще говоря, способен "переварить этот ТЕС не задумываясь". Его постоянная мощность 600-300 Вт, ток DC 120-60 ампер, а нагреться он всяко не успел.

Собственно, задача ставить IGBT в "линейник" изначально глупа (IMHO), поэтому даже мысли небыло использовать транзистор в данном включении. Просто потребовался нагрев, а полевика под рукой не оказалось, лишь мелочь в TO220.

Суть обсуждения - разобраться, почему IGBT не работает в режиме DC. Иногда это нужно.
Пока что мои выводы таковы - если напряжение на транзисторе не превышает 5 вольт (ориентировочно), то он сможет работать в режиме DC, иначе - нет, причем фатально.

Offтопик:
Чтож, это и есть разработка - знать куда лезть не стоит. ))

[Alex]

Суть обсуждения - разобраться, почему IGBT не работает в режиме DC

Да прекрасно он работает, и куча электронных нагрузок на них сделана, у Kepco так почти все мощные.

P.S. В долговременном режиме, не стоит рассеивать больше чем 40-50вт на ТО220 и 50-60 на ТО247. Сколько бы ни было там написано в даташите
Плюс надо учесть зависимость тока от температуры и где точка стабилизации. если она есть.
У разных типов фетов и igbt это все как бы немного отличается, и не в лучшую для igbt сторону.
Я уж молчу про такие "мелочи", как power derating vs temp.

[Serge_L]

Собственно, не особенно удивительно...
Вот пример симуляции для произвольного IGBT
Напряжение на затворе сами посчитайте. Да, посмотрите в даташите зависимость напряжения насыщения от напряжения на коллекторе.

[Ломатель]

Serge_L, поясните плиз, что на графике. Я не понял, что-то.

[fakel]

Изучайте матчасть. Блок питания ТЕС является ИТУН.

/
До порога ограничения он - ИНУН. А в момент переключения на ИТУН может произойти краткий всплеск тока.

[user12]

fakel, ТЕС тем и хороши, что там с "ваттами" не церемонились. Датчик тока 0.1 Ом + измерительный датчик на выходе 0.1 Ом. Сюда плюсуются "гнилые" (тонкие) провода МГТФ 0.5, которые дадут еще ~0.1 Ом. Всё это очень хорошо нивелирует возможные экстратоки регулирования. К слову, давно еще специально смотрел - при включении токового ограничения ничего особенного не происходит, просто снижается напряжение.
Я ему верю, не ТЕС*е дело.

[fakel]

fakel, ТЕС тем и хороши, что там с "ваттами" не церемонились. Датчик тока 0.1 Ом + измерительный датчик на выходе 0.1 Ом. Сюда плюсуются "гнилые" (тонкие) провода МГТФ 0.5, которые дадут еще ~0.1 Ом. Всё это очень хорошо нивелирует возможные экстратоки регулирования. К слову, давно еще специально смотрел - при включении токового ограничения ничего особенного не происходит, просто снижается напряжение.
Я ему верю, не ТЕС*е дело.

Тогда только локальный перегрев структуры транзистора, ну и (имхо) растущее напряжение на базе силового биполяра может закрывать входной полевик и тогда база повисает в воздухе. А биполяр с оборванной базой включать нельзя.

Датчик тока 0.1 Ом

Я надеюсь, он таки внутри петли ООС по напряжению, разработчики ТЕСа не совсем идиоты, верно?