IGBT 제품의 전력 소비는 얼마입니까?

이봐! IGBT 제품의 공급 업체로서, 나는 종종이 멋진 작은 장치의 전력 소비에 대해 질문받습니다. 그래서 저는이 주제에 대한 통찰력을 공유하기 위해 앉아서 블로그 게시물을 작성할 것이라고 생각했습니다.

우선, IGBT가 무엇인지 이야기합시다. IGBT는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 나타냅니다. MOSFET (금속 산화물-세미 도자 전계 전환기) 및 양극성 접합 트랜지스터의 장점을 결합한 전력 반도체 장치 유형입니다. IGBT는 고전압 및 전류 핸들링 기능, 빠른 스위칭 속도 및 낮은 상태 손실로 인해 모터 드라이브, 전원 공급 장치, 재생 가능 에너지 시스템 및 전기 자동차와 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

이제 주요 질문을하겠습니다. IGBT 제품의 전력 소비는 무엇입니까? 글쎄, IGBT의 전력 소비는 전도 손실과 스위칭 손실의 두 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있습니다.

전도 손실

전도 손실은 IGBT가 상태에 있고 전류를 수행 할 때 발생합니다. 이러한 손실은 주로 IGBT의 순방향 전압 강하 (vCE)와이를 통해 흐르는 전류에 의해 결정됩니다. 전도 손실 (PCOND)을 계산하기위한 공식은 다음과 같습니다.

pcond = vce (on) * ic

여기서 VCE (on)는 IGBT의 순방향 전압 강하이며 IC는 수집기 전류입니다.

IGBT의 순방향 전압 강하는 장치의 설계, 온도 및 현재 레벨과 같은 여러 요인에 따라 다릅니다. 일반적으로 전류 및 온도가 증가함에 따라 순방향 전압 강하가 증가합니다. 예를 들어, 일반적인 IGBT는 100a의 수집기 전류에서 약 1.5V의 순방향 전압 강하 및 125 ° C의 접합 온도를 가질 수 있습니다.

스위칭 손실

전환 손실은 IGBT가 국가와 오프 스테이트 사이를 전환 할 때 발생합니다. 이러한 손실은 주로 장치의 내부 커패시턴스를 충전하고 배출하는 데 필요한 에너지와 스위칭 과도 기간 동안 소산 된 에너지로 인해 발생합니다. 스위칭 손실은 턴온 손실 (PON) 및 턴 오프 손실 (POFF)으로 더 나눌 수 있습니다.

총 스위칭 손실 (PSW)을 계산하기위한 공식은 다음과 같습니다.

PSW = PON + POFF

IGBT는 턴온 동안 프리 휠링 다이오드의 역 복구 전하를 극복해야하기 때문에 전환 손실은 일반적으로 턴 오프 손실보다 높습니다. 스위칭 손실은 스위칭 주파수, 전류 및 전압 레벨 및 장치의 스위칭 특성과 같은 여러 요인에 따라 다릅니다.

예를 들어, IGBT가 10 kHz 주파수로 전환하는 경우 수집기 전류가 100A이고 수집기-이미 터 전압이 600V 인 경우 스위칭 손실은 약 10W 일 수 있습니다.

총 전력 소비

IGBT의 총 전력 소비 (PTOTAL)는 전도 손실 및 스위칭 손실의 합입니다.

ptotal = pcond + PSW

이것을 설명하기 위해 예를 들어 봅시다. 100A의 수집기 전류에서 순방향 전압 낙하가 1.5V 인 IGBT를 가지고 있다고 가정하고, 수집기-이미 터 전압이 600V의 10kHz 주파수로 전환되고 있다고 가정합니다. 전도 손실은 다음과 같습니다.

pcond = vce (on) * IC = 1.5 V * 100 a = 150 W

그리고 앞서 계산 한 바와 같이 스위칭 손실은 약 10 W입니다. 따라서 총 전력 소비는 다음과 같습니다.

ptotal = pcond + PSW = 150 W + 10 W = 160 W

IGBT의 전력 소비는 특정 응용 프로그램 및 운영 조건에 따라 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, IGBT가 더 높은 온도 또는 더 높은 스위칭 주파수에서 작동하는 경우 전력 소비가 증가합니다.

전력 소비에 영향을 미치는 요인

IGBT 제품의 전력 소비에 영향을 줄 수있는 몇 가지 요소가 있습니다. 다음은 가장 중요한 것들입니다.

• 온도:앞에서 언급했듯이 온도가 증가함에 따라 IGBT의 순방향 전압 강하가 증가합니다. 이는 온도가 상승함에 따라 전도 손실도 증가 함을 의미합니다. 또한 장치의 스위칭 특성이 온도에 따라 변하기 때문에 스위칭 손실은 온도에 의해 영향을받을 수 있습니다.
• 스위칭 주파수 :스위칭 손실은 스위칭 주파수에 직접 비례합니다. 따라서 스위칭 주파수가 증가하면 스위칭 손실도 증가합니다. 그러나 스위칭 주파수를 증가 시키면 회로에서 수동 구성 요소의 크기를 줄이는 것과 같은 몇 가지 이점이있을 수 있습니다.
• 전류 및 전압 레벨 :전도 손실은 IGBT를 통해 흐르는 전류에 직접 비례하며, 스위칭 손실은 전류 및 전압 레벨의 산물에 비례합니다. 따라서 전류 또는 전압 수준이 증가하면 전력 소비도 증가합니다.
• 장치 설계 :IGBT의 설계는 또한 전력 소비에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 일부 IGBT는 상태 손실이 낮아 지도록 설계되었으며 다른 IGBT는 스위칭 속도가 빠르도록 설계되었습니다. 장치 설계 선택은 특정 응용 프로그램 요구 사항에 따라 다릅니다.

전력 소비를 줄이는 방법

IGBT 제품의 전력 소비를 줄이는 것은 에너지 효율 향상, 열 소산 감소 및 장치의 수명을 연장하는 등 여러 가지 이유로 중요합니다. IGBT의 전력 소비를 줄이는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.

• 올바른 장치 선택 :올바른 전환 특성뿐만 아니라 적절한 전압 및 전류 등급으로 IGBT를 선택하면 전력 소비를 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 응용 프로그램에 스위칭 주파수가 낮은 경우 상태 손실이 낮은 IGBT를 선택하는 것이 좋습니다.
• 회로 설계 최적화 :회로 설계는 또한 IGBT의 전력 소비에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, Snubber 회로를 사용하면 스위칭 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며 적절한 게이트 드라이버를 사용하면 스위칭 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 운영 조건 제어 :온도, 스위칭 주파수 및 전류 및 전압 레벨을 제어하면 IGBT의 전력 소비를 줄이는 데 도움이됩니다. 예를 들어, 히트 싱크를 사용하여 열을 소비하면 IGBT의 온도를 안전 범위 내에서 유지하는 데 도움이 될 수 있으며 스위칭 주파수를 줄이면 스위칭 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

결론

결론적으로, IGBT 제품의 전력 소비는 이러한 장치를 설계하고 사용할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 전력 소비는 전도 손실 및 스위칭 손실로 나눌 수 있으며 온도, 스위칭 주파수, 전류 및 전압 레벨 및 장치 설계와 같은 여러 요인에 따라 다릅니다. 올바른 장치를 선택하고 회로 설계 최적화 및 작동 조건을 제어함으로써 IGBT의 전력 소비를 줄이고 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.

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참조

• Ned Mohan, Tore M. Undeland 및 William P. Robbins의 "Power Electronics : Converters, Applications 및 Design"
• Hans-Joachim Schulze 및 기타의 "IGBT 핸드북"