IGBT应用中参数Ic、Icm的计算实例
Ic的实用意义在于,如果IGBT用于电机拖动等非高速开关场合,IGBT所控制设备的短路电流不能超过Ic(电机启动的瞬间可以视为短路)。对于高速开关电路,Ic可以作为电路平均 电流的参考值,但要有设计裕量和保险系数。由于峰值电流在实践中并不容易测量,要考虑的因素也比较多。
Icm的实用意义在于,如果IGBT用于高速开关电路,则工作频率不应该高于20kHz。另一个实用意义是,IGBT用于高速开关电路时,集电极的峰值电流不应该超过Icm。
为了保险起见,一般都会留有设计裕量(20%~50%),开关频率也是如此。
需要说明的是,Ic、Icm是集电极电流,因此是包含体二极管电 流的。在容性、感性负载的高速开关电路中,体二极管的续流 电 流与真正通过IGBT集电极的正向电流是相当的;由于并联关系,如果以负载电流来考察,则上述Ic、Icm的数值还要缩小一半。
另外,需要注意的是,无论哪种集电极电流参数,都要注意Tc的值。在实际设计应用中,如果是强制风冷,应该以Tc=100℃对应的电流规格为参考,电磁炉采用直流小风扇 散热就是强制风冷;如果是被动散热,即仅仅依靠散热器散热,就应该以Tc =120℃对应的电流规格为参考。
· 仍然以电磁炉为例。2kW的电磁炉,一般指的是输出的电功率,即锅底线圈能够消耗的最大平均电功率。根据P=UI不难算出:
I=2000/311=6.5(A)
计算值取大不取小,计算结果中只要有小数就进1、取整数,下同。
考虑到市电的电压波动,IGBT要能够承受来自供电因素的、超过6.5×1. 15=7.5(A)的平均直流电流。
考虑到续流二极管的因素,IGBT要能承受7.5 × 2=15 (A)的平均直流电流。
加上保险系数,Ic值应该取15/0.6-25(A)。
加上设计裕量,Ic值应该取25/0.8=32(A)。
所以,单管电路的2000W 电磁炉,IGBT的电压规格至少应该是Ic100=32A。通常,会选35A或者40A 电流规格的IGBT,Ic对应的Tc应该是100℃而不是常见的25℃,除非苛求成本而不得不选用小规格的IGBT,这就不是本文要讨论的问题了。
以上估算都是基于理想的情况。实际选择时,还应该充分考虑到工作频率。工作频率越高,Ic选择的裕量应越大。有些制造商在技术手册中会给出图1所示曲线图,表明负载电流与工作频率的关系。负爹越小,就说明选择Ic时的裕量应越大。