การทดสอบเปรียบเทียบ IGBT7 และ IGBT4 ในเซอร์โวไดรฟ์

"ในฐานะที่เป็นรุ่นล่าสุดของ Infineon's IGBT เทคโนโลยี แพลตฟอร์ม, IGBT7 เป็นข้อกังวลสำหรับวิศวกรมาโดยตลอดในแง่ของการเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับ IGBT4 ในบทความนี้ ผ่านการทดสอบ FP35R12W2T4 และ FP35R12W2T7 ในเซอร์โวไดรฟ์แพลตฟอร์มเดียวกัน จะได้การเปรียบเทียบอุณหภูมิทางแยกของ IGBT4 และ IGBT7 ภายใต้สภาพการทำงานเดียวกัน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิทางแยกของ IGBT7 ต่ำกว่าอุณหภูมิของ IGBT4 ในการทดสอบเปรียบเทียบระหว่างสภาวะโหลดกำลังสูงอย่างต่อเนื่องและสภาวะโหลดดิสก์ความเฉื่อย

"

ในฐานะที่เป็นรุ่นล่าสุดของ Infineon's IGBT แพลตฟอร์มเทคโนโลยี IGBT7 เป็นปัญหาสำหรับวิศวกรเสมอมาในแง่ของการเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับ IGBT4 ในบทความนี้ ผ่านการทดสอบ FP35R12W2T4 และ FP35R12W2T7 ในเซอร์โวไดรฟ์แพลตฟอร์มเดียวกัน การเปรียบเทียบอุณหภูมิทางแยกของ IGBT4 และ IGBT7 ภายใต้สภาพการทำงานเดียวกันจะได้รับ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อของ IGBT7 นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิของ IGBT4 ในการทดสอบเปรียบเทียบระหว่างสภาวะโหลดกำลังสูงแบบต่อเนื่องกับสภาวะโหลดดิสก์เฉื่อย

ระบบขับเคลื่อนเซอร์โวมีความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว โอเวอร์โหลดทวีคูณสูง การย่อขนาดและแนวโน้มความหนาแน่นของพลังงานสูงที่ทำให้ความต้องการที่เข้มงวดมากขึ้นในอุปกรณ์ไฟฟ้า IGBT7 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ระดับดาวของ Infineon ที่มีแรงดันตกคร่อมต่ำมาก dv/dt ที่ควบคุมได้ และอุณหภูมิทางแยกที่โอเวอร์โหลด 175 องศาเซลเซียส ตอบสนองทุกความต้องการของเซอร์โวไดรฟ์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ Infineon-Jingchuan-Maxim ร่วมกันพัฒนาโซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับเซอร์โวไดรฟ์โดยใช้ IGBT7 ซึ่งสามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้อย่างมาก ชิปไดรฟ์ใช้หม้อแปลงไร้แกน 1EDI20I12MH ของ Infineon เนื่องจากโครงสร้างความจุที่เป็นเอกลักษณ์ของ IGBT7 จึงไม่ง่ายที่จะทำให้เกิดกาฝาก ดังนั้นจึงสามารถใช้การออกแบบแหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียว ซึ่งทำให้การออกแบบไดรฟ์ง่ายขึ้นในระดับสูงสุด MCU ควบคุมหลักใช้ XMC4700/4800 และการตรวจจับตำแหน่งมอเตอร์ใช้ TLE5109 เพื่อให้ควบคุมความเร็วและตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ

ต้นแบบเซอร์โวไดรฟ์

บอร์ดจ่ายไฟเซอร์โวไดรฟ์

บอร์ดควบคุมเซอร์โวไดรฟ์

เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ IGBT4 และ IGBT7 ในเซอร์โวไดรฟ์ เราใช้เซอร์โวไดรฟ์สองตัวบนแพลตฟอร์มเดียวกัน ซึ่งติดตั้ง FP35R12W2T4 และ FP35R12W2T7 ด้วยรูปแบบ PIN เดียวกัน ภายใต้เงื่อนไข dv/dt เดียวกัน (dv/dt=5600V/us ) ดำเนินการทดสอบ

เราได้ออกแบบโครงร่างการเปรียบเทียบสภาพการทำงานทั่วไปสองแบบเพื่อเปรียบเทียบอุณหภูมิทางแยกของ IGBT4 และ IGBT7 ภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน ซึ่งเป็นการทดสอบเปรียบเทียบโหลดหนักอย่างต่อเนื่องและการทดสอบเปรียบเทียบโหลดแรงเฉื่อย เทอร์โมคัปเปิลฝังอยู่บน IGBT ชิปใน IGBT โมดูล ที่จะทดสอบและอุณหภูมิทางแยกของ IGBT สามารถอ่านค่าชิปได้โดยตรงโดยเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลเข้ากับเครื่องมือเก็บข้อมูล

การทดสอบเปรียบเทียบภาระหนักอย่างต่อเนื่อง

ใช้มอเตอร์สองตัวสำหรับการโหลด ระบบมอเตอร์ที่ทดสอบทำงานในสถานะไฟฟ้า และระบบมอเตอร์โหลดทำงานในสถานะการผลิตไฟฟ้า

ไดรเวอร์ที่ใช้ IGBT4 และ IGBT7 ใช้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ภายใต้การทดสอบ และความถี่สวิตชิ่งและกระแสไฟขาออก/กำลังของไดรเวอร์ทั้งสองจะเท่ากันในแต่ละครั้ง

ใช้เครื่องวิเคราะห์กำลังเพื่อทดสอบกำลังไฟฟ้าเข้าและกำลังขับของไดรฟ์ และคำนวณการสูญเสียและประสิทธิภาพของไดรฟ์

แพลตฟอร์มทดสอบเปรียบเทียบโหลดขนาดใหญ่อย่างต่อเนื่อง

รูปด้านล่างคือการเปรียบเทียบอุณหภูมิทางแยกของ IGBT4 และ IGBT7 ภายใต้สภาวะโหลดหนักอย่างต่อเนื่อง

จากสิ่งนี้จะเห็นได้ว่าความแตกต่างของอุณหภูมิทางแยกระหว่าง IGBT7 และ IGBT4 คือ 17°C ภายใต้โหลดของความถี่สวิตช์ 8K เป็นเวลา 13 นาที เมื่อเวลาในการโหลดเพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อยังคงเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ เรายังเปรียบเทียบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของ IGBT7 และ IGBT4 ภายใต้ความถี่สวิตชิ่งที่แตกต่างกันและกำลังขับที่เท่ากัน (5.8KVA) ตามที่บันทึกไว้ในรูปต่อไปนี้ แกนนอนคือความถี่การสลับของ IGBT; แกนตั้งด้านซ้ายคืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ NTC เมื่อเทียบกับอุณหภูมิเริ่มต้น แกนแนวตั้งด้านขวาคือความแตกต่างของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นระหว่าง IGBT4 และ IGBT7 เมื่อความถี่ในการสวิตชิ่งเพิ่มขึ้น อุณหภูมิ NTC ที่เพิ่มขึ้นของ IGBT7 และ IGBT4 จะมีขนาดใหญ่ขึ้น ที่ความถี่การสลับ 10K อุณหภูมิ NTC ที่เพิ่มขึ้นของ IGBT7 จะต่ำกว่าอุณหภูมิของ IGBT19 ถึง 4°C สามารถมองเห็นได้ เนื่องจาก IGBT7 สามารถทำงานที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อที่สูงขึ้น จึงสามารถรับกำลังขับที่มากขึ้นและบรรลุการเปลี่ยนกำลังได้

การทดสอบเปรียบเทียบแรงเฉื่อย

มอเตอร์ทั้งสองมีโหลด IGBT4 และ IGBT7 ตามลำดับ มอเตอร์มีโหลดดิสก์เฉื่อยเดียวกัน ความเร็วตั้งแต่ 1500 รอบต่อนาที ถึง -1500 รอบต่อนาที คือ 250 มิลลิวินาที และเวลาทำงานที่ความเร็วคงที่คือ 1.2 วินาที ภายใต้สภาวะการทำงานที่ความเร็วคงที่กระแสไฟขาออกเฟสจะน้อยกว่า 0.5A; ดังนั้นกำลังเฉลี่ยในสภาวะการทดสอบนี้จึงค่อนข้างเล็ก

สภาวะการกระจายความร้อนของมอเตอร์เหมือนกัน และความถี่สวิตชิ่งคือ 8kHz

แท่นทดสอบแรงเฉื่อย

เงื่อนไขการทดสอบแรงเฉื่อยของเพลตโหลด

กราฟอุณหภูมิทางแยกที่วัดได้มีดังนี้:

จะเห็นได้ว่าอุณหภูมิทางแยกของ IGBT7 นั้นต่ำกว่าอุณหภูมิของ IGBT4 ภายใต้สภาวะการทำงานที่เร่งและลดความเร็วด้วยดิสก์เฉื่อย หลังจากการทำงาน 13 นาที อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของคนขับยังไม่ถึงสภาวะสมดุล และความแตกต่างของอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออยู่ที่ประมาณ 7°C ในขณะนี้

สุดท้ายนี้ เราได้สรุปผลการทดสอบในส่วนนี้:

ด้วยกำลังขับที่เท่ากัน อุณหภูมิทางแยกของไดรเวอร์ที่ใช้ IGBT7 จะลดลงอย่างมาก ทำให้สามารถลดขนาดของฮีตซิงก์ เพื่อลดขนาดของไดรเวอร์
หากใช้สภาวะการกระจายความร้อนแบบเดียวกัน IGBT7 จะสามารถส่งออกพลังงานได้มากขึ้นและตระหนักถึงการเปลี่ยนกำลัง
นอกจากนี้ IGBT7 สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิทางแยกที่สูงขึ้น จึงสามารถส่งออกพลังงานได้มากขึ้น