Encontré el IXGX400N30A3 en Digikey. La hoja de datos dice que el dispositivo tiene una capacidad nominal de 400A a 25C, 1200A a 25C durante 1 ms, con una tensión nominal de 300 V y un PD de 1000 W.
¿De verdad? ¿Este paquete TO-264 puede controlar 400 A de corriente durante todo el día? ¿Puedo cortocircuitar mi soldadora TIG en modo CC? ¿Cómo esos cables llevan 400A de corriente?
Ese dispositivo tiene una resistencia térmica muy baja de la unión a la caja, \ $ R_ {thJC} \ $ = 0.125 ºC / W (máx.), lo que significa que, por cada vatio disipado, la unión solo será de 0.125 ºC ( máx) por encima de la temperatura de la caja. Así, por ejemplo, para \ $ I_C \ $ = 300 A, \ $ V_ {GE} \ $ = 15 V, y \ $ T_J \ $ = 125 ºC (ver Fig. 2) \ $ V_ {CE} \ $ solo será de aproximadamente 1.55 V. Eso es una potencia de P = 300 · 1.55 = 465 W que se disipa (sí, más que algunos calentadores eléctricos). Por lo tanto, la unión estará 465 · 0.125 = 58.125 ºC (máx.) Por encima de la temperatura de la caja, que es un diferencial muy bajo, para esa disipación masiva.
Sin embargo, para que la temperatura de la unión no exceda su límite (de 150 ºC), la resistencia térmica de la carcasa al ambiente, \ $ R_ {thCA} \ $, que depende del disipador de calor utilizado, también tiene que ser muy baja, porque de lo contrario la temperatura de la caja aumentaría muy por encima de la temperatura ambiente (y la temperatura de la unión siempre será superior). En otras palabras, necesitas un disipador de calor muy bueno (con una muy baja \ $ R_ {th} \ $), para poder ejecutar esta criatura a 300 A.
La ecuación térmica es:
$$ T_J = P_D · (R_ {thJC} + R_ {thCA}) + T_A $$
con
\ $ T_J \ $: Temperatura de unión [ºC]. Tiene que ser < 150 ºC, según la ficha técnica.
\ $ P_D \ $: disipación de potencia [W].
\ $ R_ {thJC} \ $: resistencia térmica de la unión a la caja [ºC / W]. Esto es 0.125 ºC / W (máximo), según la hoja de datos.
\ $ R_ {thCA} \ $: Resistencia térmica de la caja al ambiente [ºC / W]. Esto depende del disipador de calor utilizado.
\ $ T_A \ $: Temperatura ambiente [ºC].
Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 60 ºC, si desea disipar 465 W, el disipador de calor debe ser tal que \ $ R_ {thCA} \ $ tenga un máximo de 0.069 ºC / W, lo que implica una Superficie muy grande en contacto con el aire y / o enfriamiento forzado.
En cuanto a los terminales, las dimensiones aproximadas de su parte más delgada son (L-L1) · b1 · c. Si estuvieran hechos de cobre (solo una aproximación), la resistencia de cada uno sería:
\ $ R_ {min} \ $ = 16.78e-9 * (19.79e-3-2.59e-3) / (2.59e-3 * 0.74e-3) = 151 \ $ \ mu \ Omega \ $
\ $ R_ {max} \ $ = 16.78e-9 * (21.39e-3-2.21e-3) / (2.21e-3 * 0.43e-3) = 339 \ $ \ mu \ Omega \ $
En \ $ I_C \ $ = 300 A, cada uno de ellos se disiparía entre 13.6 y 30.5 W (!). Eso es mucho. Dos veces (para C y E) puede ser tan alto como el 13% de los 465 W que se disipan (en este ejemplo) en el propio IGBT. Pero, por lo general, los soldarás para que la parte delgada sea más corta que (L-L1).
Claro, es posible. Sin embargo, tenga en cuenta que el número '400A a 25 ° C' se basa en un \ $ T_C \ $ de 25 ° C, no en una temperatura del aire. \ $ T_C \ $ es la temperatura del caso. A 400 A, el voltaje en el dispositivo, \ $ V_ {CE (sat)} \ $, puede ser de 1,70 V. A 400 A, es una disipación de potencia de 680 W. Necesitará un fuerte disipador de calor, que puede no ser físicamente posible, especialmente si la temperatura ambiente es de 25 ° C.
En cuanto a los cables que llevan esa corriente, el dibujo acotado indica que tienen al menos 2.21 mm de ancho y 0.43 mm de espesor. Eso es un área de sección transversal de aproximadamente 1 mm cuadrado, equivalente a un cable de calibre 17. Mi tabla de referencia dice que 100A causará que un segmento largo de ese grosor de cable (circular, sin aislamiento) se funda en 30 segundos. Por supuesto, estos cables no serán segmentos largos, sino que estarán conectados a aviones de cobre sinterizados térmicamente. Pero incluso entonces, eso lo está presionando bastante fuerte.
¿Qué has aprendido de este análisis? ¡No confíes en la primera página de una ficha técnica! También puede ignorar felizmente cualquier tabla marcada como "Máximo absoluto". No se le garantiza un dispositivo funcional o un diseño implementable si obtiene estos números. Mis profesores siempre dijeron que estas páginas son compiladas por el departamento de marketing, no por el departamento de ingeniería. En este caso, la tabla de la que obtuvo ese número está marcada como "Calificaciones máximas". No diseñe su dispositivo para funcionar cerca de estos números. En su lugar, desplácese hacia abajo hasta los gráficos característicos y los parámetros operativos estándar (este último no se encuentra en esta hoja de datos, pero sí en otros) y el diseño se basa en eso. Determine cuánta corriente pueden manejar su PCB o cables, y cuánta capacidad de disipador de calor puede agregar, y luego decida si este tipo de paquete es incluso factible.
Mencionaste que estabas en Digikey; Supongo que tomó un giro equivocado y buscó una parte de alta corriente en el grupo 'Productos de semiconductores discretos', sección IGBTS - single . Esta sección es para componentes montados en PCB. Las realidades de la fabricación de PCB (soldadura, espesor de cobre, disipación térmica) limitarán los valores prácticamente alcanzables aquí. Si desea obtener material realmente de alta corriente, vaya a 'Módulos semiconductores', que es donde se encuentran las piezas montadas en el chasis conectadas a cables gruesos. La sección IGBTs tiene componentes como esta bestia , que se muestra con un lápiz por escala (tomado de Wikipedia):
Ese dispositivo puede manejar 3300 y 1200 A; es de 190 por 140 mm en lugar de un pequeño dispositivo de montaje en PCB. También hay muchos dispositivos más pequeños y razonables disponibles.
Una respuesta corta: no haces ambos 400A y 300V al mismo tiempo, al menos no por mucho tiempo.
El dispositivo casi no pasa corriente cuando está apagado, y disipa muy poca energía cuando está apagado. El dispositivo incurre en muy poca caída de voltaje cuando se conduce en el estado de encendido, y así se disipa una cantidad controlable de calor en ese estado.
La quemadura principal se produce al cambiar entre las dos condiciones. Probablemente el peor de los casos es encender con una carga como un motor grande; la corriente de arranque para hacer girar un motor puede durar fracciones significativas de segundo, durante las cuales se puede desarrollar mucho calor.
Porque ves cosas; y dices, '¿Por qué?' Pero B. Jayant Baliga sueña con cosas que nunca fueron; y dice: '¿Por qué no? "
Pero en serio, los cables tienen una resistencia muy baja, por lo que no generan mucho calor. Creo que hay muchas secciones bjt en paralelo en el dispositivo real para reducir la resistencia de activación también.