Para un diseño de 48 V con un motor BLDC, desea utilizar MOSFET. La razón es que los MOSFET de bajo voltaje (< 200 V) están disponibles con una resistencia de activación extremadamente baja: R DS, on < 10 \ $ m \ Omega \ $ para V DS = 100 V es algo que puede obtener de al menos tres fabricantes diferentes en un paquete 2 SuperSO8 de 5 x 6 mm. Y obtiene el beneficio adicional de la capacidad de los MOSFET de cambiar realmente rápido.
Los IGBT se convierten en las partes de elección cuando se desea cambiar altas corrientes a altos voltajes. Su ventaja es una caída de voltaje bastante constante (V CE, sat ) frente a la resistencia de activación de un MOSFET (R DS, on ). Conectemos las propiedades características de los dispositivos respectivos responsables de las pérdidas de energía estática en dos ecuaciones para obtener un mejor aspecto (estática significa que estamos hablando de dispositivos que están encendidos todo el tiempo, consideraremos cambiar las pérdidas más adelante).
P pérdida, IGBT = I * V CE, sat
P loss, MOSFET = I 2 * R DS, en
Puede ver que, con el aumento de la corriente, las pérdidas en un IGBT aumentan de forma lineal y las de un MOSFET aumentan con una potencia de dos. A altos voltajes (> = 500 V) y para corrientes altas (quizás > 4 ... 6 A), los parámetros comúnmente disponibles para V CE, sat o R DS, en le dirá que un IGBT tendrá menores pérdidas de potencia estática en comparación con un MOSFET.
Luego, debe considerar las velocidades de conmutación: durante un evento de conmutación, es decir, durante la transición del estado apagado de un dispositivo a su estado encendido y viceversa, hay un breve momento en el que tiene un voltaje bastante alto El dispositivo (V CE o V DS ) y la corriente fluye a través del dispositivo. Debido a que la potencia es voltaje actual, esto no es bueno y desea que este tiempo sea lo más corto posible. Por su naturaleza, los MOSFET cambian mucho más rápido en comparación con los IGBT y tendrán pérdidas de conmutación promedio más bajas. Al calcular la disipación de energía promedio causada por las pérdidas de conmutación, es importante observar la frecuencia de conmutación de su aplicación en particular, es decir, con qué frecuencia coloca sus dispositivos en el intervalo de tiempo en el que no estarán completamente encendidos (V CE o V DS casi cero) o apagado (actual casi cero).
En general, los números típicos son los que ...
IGBT será mejor en
- frecuencias de conmutación por debajo de unos 10 kHz
- voltajes superiores a 500 ... 800 V
- corrientes medias por encima de 5 ... 10 A
Estas son simplemente algunas reglas básicas y es definitivamente una buena idea usar las ecuaciones anteriores con los parámetros reales de algunos dispositivos reales para obtener una mejor sensación.
Una nota: los convertidores de frecuencia para motores a menudo tienen frecuencias de conmutación entre 4 ... 32 kHz, mientras que las fuentes de alimentación de conmutación están diseñadas con frecuencias de swith > 100 kHz. Las frecuencias más altas tienen muchas ventajas al cambiar las fuentes de alimentación (magnéticos más pequeños, corrientes de rizado más pequeñas) y la razón principal por la que son posibles hoy en día es la disponibilidad de MOSFET de potencia muy mejorados en > 500 V. La razón por la que los controladores de motor siguen usando 4 ... 8 kHz es porque estos circuitos normalmente tienen que manejar corrientes más altas y usted diseña todo alrededor de IGBT más bien de conmutación lenta.
Y antes de que me olvide: por encima de aproximadamente 1000 V, los MOSFET simplemente no están disponibles (casi, o ... sin costo razonable; [editar:] SiC puede convertirse en una opción bastante razonable a partir de mediados de 2013 ). Por lo tanto, en los circuitos que requieren la clase de dispositivos de 1200 V, solo tienes que mantener IGBT, en su mayoría.