IGBT Modul ials Linearverstärker

Armin X. schrieb:
> Es gibt leider nicht DAS IGBT-Modul
> Ich habe die Erfahrung gemacht, dass manchmal mehrere Dies parallel
> geschaltet sind. Dann empfiehlt es sich sich an der Verlustleistung
> eines Die zu orientieren.
> Beispielsweise habe ich einem BSM150GT120 von Infineon mit 500W eines
> von zwei Dies(einer Phase) geschrottet. Und das obwohl beide zusammen im
> Schaltbetrieb mit bis zu 1250W angegeben sind. Hat wohl das nachher
> kaputte die meiste Leistung auf sich vereint.

Nun habe etliche 50A 1200V GB (BSM50GB120) und 150A 1200V GB 
(MG150Q2YS51) Module, meines wissens jeweils ein Die pro IGBT mit je 
einem Diodendie paralell. (vermutlich Standartausführung mit 
herkömlicher planarer Technologie)

Anyway die Toshibas sind interessant mit 0.1K/W

Was fuer einen Schwache Idee ist es mit einem IGBT einen 
Linearverstaerker bauen zu wollen. Was soll der Verstaerker denn koennen 
? Audio ?

IGBTs haben einen negativen TK, daher ist parallelisieren nicht so 
einfach möglich, wie mit MOSFETs. Dazu kommt der Umstand, dass in einem 
Gehäuse sehr oft mehrere Dies parallel geschaltet sind, was im 
Schalterbetriebn unkritisch ist, im Linearbetrieb aber zu lokalen 
Überlastungen kommt.

Mal wegwerfen schrieb:
> Verstaerker denn koennen
> ? Audio ?

Nein soll eine elektronische Last werden. Auf meinen Kühlkörper würden 
von der Grösse her 8 50A Module oder 5 von den 150A draufpassen.

Geplant ist eine totale Verlustleistung von 2-2.2 kW, wenn möglich alles 
über jeweils 1 IGBT pro Modul (oder falls einfach möglich ist ebenfalls 
eine Schlatung anzudenken welche die Spannung über die beiden GB IGBTs 
aufteilt und so 2 Dies nutzt).

Der Kühlkörper wird mit 2.2kW 85C warm.

Falk B. schrieb:
> Dort kommt man nicht ran, vergiss es.

Doch kommt man sehr gut ran. Das Modul hat entsprechende Anschlüsse :P. 
GB = Phase legs = 2 IGBTs in Serie. Die Idee war die beiden 
Seriegeschalteten IGBTs zu nutzen (falls dies nötig ist um die gewünste 
Verlustleistung zu erreichen)

Falk B. schrieb:
> Bei welcher Spannung?

Max 400V

Falk B. schrieb:
> Naja. Bau dir lieber eine Last aus geschalteten Widerständen.

Hat für mich schon einige Nachteile, insbesondere bez flexibilität. 
Weiter hätte ich die IGBT Module, Kühlkörper zur Hand. Die elektronische 
Last sollte ebenfalls Konstantstrom sowie Ohmisch arbeiten können. 
Bandbreitenanforderungen an die Regelung sind zum Glück nicht besonders 
hoch. Dies hilft bei der Treiberung der IGBTs, OP-Amps drehen 
bekanntlich gerne mal durch wenn sie kapatzitive Lasten sehen.

Geplant ist auch für jeden IGBT eine eigene Regelung und einen eigenen 
Emitterwiderstand. (Da ich bedenken habe, dass die kleinen 
Emitterwiderstände nicht ausreichen um die Gates zusammenzuschalten zu 
können)

Mal wegwerfen schrieb:
> Was fuer einen Schwache Idee ist es mit einem IGBT einen
> Linearverstaerker bauen zu wollen. Was soll der Verstaerker denn koennen
> ? Audio ?

Ach ja, Schwachsinn? Es gibt z.B. von Toshiba komplementäre Audio-IGBTs, 
natürlich auch mit DC-Linie im Datenblatt. Und es gibt z.B. von Analog 
Devices eine App-Note mit einem kompletten Audio-Power-Amp mit IGBT.

Alles Schwachköpfe, klar.

PSU schrieb:
> Nun habe etliche 50A 1200V GB (BSM50GB120) und 150A 1200V GB
> (MG150Q2YS51) Module,

Das MG150Q2YS51 Modul ist lt. Dabla nur bis ca. 100V VCE bei DC-Betrieb 
zulässig und die max. Verlustleistung von 1250W nur bis 10V VCE.
Das BSM50GB120 Modul hat kein DC Kurve, also ungewiss bei DC Betrieb.
Ich würde nicht E-Last mit diesen beiden aufbauen.

PSU schrieb:
> Max 400V
Das ist schon sehr gefährlich.

Armin X. schrieb:
> Ich würde nicht bis 50% gehen. eher nur bis 30.

Das wird man anhand Dabla ausrechnen können/müssen.

Danke für die Infos.

Anscheinend ist die max Verlustleistung extrem Spannungsabhängig. Hätte 
noch einige SKM400GB17E4 rumliegen, hilft das 1700V rating für 
verlustleistung bei 400V?

Kennt jemand eine einfache Möglichkeit der Serieschaltung? also dass man 
8 IGBTs in Serie mit je bis zu 50V hätte.

PSU schrieb:
> Kennt jemand eine einfache Möglichkeit der Serieschaltung? also dass man
> 8 IGBTs in Serie mit je bis zu 50V hätte.

warum willst du seriell schalten und warum unbedingt mit IGBT?
IGBT ist nicht viel besser als normal BJT bezüglich der Verlustleistung. 
MOSFET wäre die bessere Wahl.
Es gibt aber genug MOSFET für 400V.
Und wenn du ganz sicher willst, nimmt welche lineare MOSFTs von IXYS.

Tany schrieb:
> Und wenn du ganz sicher willst, nimmt welche lineare MOSFTs von IXYS.

z.B
https://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/discrete_mosfets/littelfuse_discrete_mosfets_n-channel_linear_ixtn30n100l_datasheet.pdf.pdf

Falk B. schrieb:
> Falsch. NPT IGBTs kann man im Schaltbetrieb PROBLEMLOS parallel
> schalten.
Wir reden die ganze Zeit vom Linearbetrieb Falk...

Tany schrieb:
> Und wenn du ganz sicher willst, nimmt welche lineare MOSFTs von IXYS.

Nicht ganz billig: Falls den Typ irgendwo herkriegst kostet er schon 
40..50 EUR/Stk.

Tany schrieb:
> warum willst du seriell schalten

Darum:

PSU schrieb:
> Anscheinend ist die max Verlustleistung extrem Spannungsabhängig.

Tany schrieb:
> warum unbedingt mit IGBT?

Da ich etliche Module rumliegen habe und daher für mich Kostenneutral 
sind.

PSU schrieb:
> Tany schrieb:
>> warum willst du seriell schalten
>
> Darum:

Der ursprüngliche Grund war, dass beide IGBTs pro IGBT-Modul genutzt 
werden können.

Die Idee mit gar mehreren Modulen in Serie ist neu, und evtl auch nicht 
so einfach realisierbar.

PSU schrieb:
> Da ich etliche Module rumliegen habe und daher für mich Kostenneutral
> sind.

Verkaufe dein IGBTs. Die sind absolut nicht geeignet für E-Last.
Ich habe IRFP250 über 100W verheizt. Der hält aus, kostet nicht die 
halbe Welt.

Armin X. schrieb:
> Nenne doch mal die Bedingungen für die angedachte Last.
> 150W gehen mit den genannten IGBTs locker. Zumindest mit den von mir
> genannten.

Gerne:

Betriebsbereich:
12-400V Leistung max. 2kW (bevorzugt kurzzeitig 2.2kW)
Der jeweilige Strom ergiebt sich aus den oberen angaben.

8 stk vom typ BSM50GB120 würden auf den Kühlkörper passen. Von den 
anderen entsprechend weniger da sie Breiter sind.
Vom massiven SKM400GB17E4 wärens dann noch ca. 4. (ist aber gemäss der 
angegebenen Verlustleistung ca 20mal höher als der BSM50)

PSU schrieb:
> Standartausführung

Was ist eine Stanartausführung?
Ich kenne Standard, aber Standart?
Die Art eines Standes? Familienstand, Obststand?

Michael M. schrieb:
> Den vorliegenden Aussagen entsprechend kann man vermuten, dass die
> Last
> nur im DC-Betrieb arbeiten soll; definitiv gesagt hast du es bis jetzt
> nicht.
> Ist evtl. auch AC-Betrieb angedacht oder NUR DC?
>
> Wozu muss der Spannungsbereich bis 400V gehen? Beispiel?

Ja nur DC. Für AC Betrieb habe ich einen vorgeschalteten 
Brückengleichrichter vorgesehen. (Harmonische wegen Spannungen unterhalb 
12V können ignoriert werden.)

Es sollen ebenfalls PFCs Schaltungen getestet werden können, welche 
normalerweise auf 360-380V hochboosten. Die 20V zur 400V Spezifikation 
sind Sicherheitsmarge. Die PFC Ausgangsspannung ist eigentlich die max. 
Betriebsspannung der Last.


Im unteren Spannungsbereich soll 12V DC belastet werden können, 
bevorzugt bis ca. 180A.

Ich hatte gerade noch die Idee einer "switched capacitor" Lösung. So 
könnten die Linearverluste in Schaltverluste (eigentlich ebenfalls 
Linearverluste) umgewandelt werden.
Zur Präzisierung: Am Phaseleg ein 400V Kondensator an Masse. Dann 
abwechselnd Top/Bot IGBT schalten. Mit der Frequenz kann die Leistung 
reguliert werden.
Die Idee: Die kurzen hohen Stompeaks verteilen sich gleichmässiger über 
den DIE als kleine Ströme im Linearbetrieb.

Anyway einen Kondensator zu finden den den enormen Rippelstrom bei 400V 
max Spannung abkann ist dann das nächste Problem.

Axel S. schrieb:
> Entschuldigt, wenn ich hier den Sprachnazi raushängen lasse, aber bei
> sowas rollen sich mir die Fußnägel hoch.

Geht mir auch so, aber bei "Dies" hätt' ich mich dran gewöhnt.
Wird überall bzw sehr oft so verwendet.
Oder wer schreibt hierzulande schon englisch korrekt "Handies"?

Ein Kampf gegen Windmühlen .....

PSU schrieb:
> Geplant ist auch für jeden IGBT eine eigene Regelung und einen eigenen
> Emitterwiderstand.

Ohne das ginge es gar nicht.

Beim 50A Typ sei angemerkt:
Die 450W gelten fuer den Schaltbetrieb. Die Verlustleistungen fallen auf 
dem Chip in unterschiedlichen Zonen an.

Fuer Deinen Betrieb liegt die Grenze bei 50A mal 2.5...3.0V. Dh 
120...150W. Beim parallelen Betreiben 20...30% zur oberen Grenze sind 
als Abstand notwendig. Fuer Deine 2.2kW sind daher 20 Stueck parallel 
notwendig.

Sven S. schrieb:
> u willst Dir eine elektronische Last für 400V/180A basteln.

Mit max 2.2kW aber grundsätzlich korrekt

Dieter schrieb:
> Beim 50A Typ sei angemerkt:

Ja dieser Typ ist mit der max Leistungsdeklaration sehr tief. Gem. der 
SOA des 150A Toshibas sind gar 1kW pro stk möglich bei 10V anyway 
scheint extrem spannungsabhängig zu sein (100V nur noch 100W). Kann 
grössere 1700V 400A GB Typen nehmen (lediglich 4 stk passen auf den 
Kühlkörper). Tiefe Spannungen mit den 180A sollten kein Problem sein. 
400V wohl schon...

Hmm ich habe gerade nach passenden Mosfets gesucht.

Anscheinend sind die bez. SOA nicht wirklich besser als IGBTs. Des 
weiteren sind die Mosfet Module sehr Teuer. Passend wäre beispielsweise 
etliche IRFP460s (500V Mosfet), nun abgesehen davon, dass diese TO-xxx 
Murks sind (und keine schönen Module), ist das SOA nur bis 10ms 
angegeben. Dieses hat bereits bei 10ms massive Einschränkungen.

Rainer V. schrieb:
> Weiß jetzt nicht ganz, wie du nun auf MosFets kommst

Nun wurden in gewissen vorgängigen Posts als sinnvolle alternative zu 
meinem IGBT vorhaben angepreisen.

Nun irgendwann gehen die optionen aus... Wenn IGBT nicht geeignet und 
Mosfet ebenfalls nicht, dann bleiben wohl nur noch BJT...

Bei der Zahl von IGBT, die Du herumliegen hast, sollte es schon werden. 
Schon daran gedacht ein Array von Lastwiderständen damit zu verwenden? 
Den Fehler des Low Bit, kann dann auch ein IGBT im Linearbetrieb machen.

Da ist alles so verstreut.
12V-400V, 150A bei 12V, 2.0-2.2kW;
Als 50Hz konforme Last zu steuern.

IGBT-Serieneschaltung gibt es im Bereich der Schienenfahrzeuge. Aber nur 
für Schaltbetrieb der IGBT.

Jeden IGBT eine eigene Regelung und einen eigenen Emitterwiderstand ist 
notwendig und die Steuerspannungen werden nicht gerade wenig 
differieren. Das spielt eine Rolle für schnelle Änderungen des 
Widerstandes.
D.h. mindestens zwei Trimmer zur Anpassung an jeden IGBT müssen 
vorgesehen werden. Zum Beispiel, wenn ein IGBT dazu neigt, bei der 
U_gate-Spannung um 30% bei I_Collektor zurückzuliegen, dann muss der 
Verstärkungsfaktor der Treiberstufe entsprechend erhöht werden. Desto 
schlechter der Gleichlauf, desto mehr muss der Regler ausregeln und 
desto geringer fällt die maximale Steilheit (Frequenzgrenze für den 
Betrieb) aus.

Mein Gott, teste das doch einfach mal.  Kostet dich gerade mal
eine Stunde.

400 Volt DC anlegen, und Strom erhöhen, bis es kracht.

Hier kann dir keiner sagen, ob das mit den Uraltdingern geht oder nicht.
Das herumgerate ist doch nicht zielführend...

PSU schrieb:
> Rainer V. schrieb:
>> Weiß jetzt nicht ganz, wie du nun auf MosFets kommst
>
> Nun wurden in gewissen vorgängigen Posts als sinnvolle alternative zu
> meinem IGBT vorhaben angepreisen.

Nun die, die das gemacht haben, sagen: das geht. Mehr muss man dir nicht 
überzeugen. Erfahrung muss du dich selber sammeln. Auch hier im Forum 
gab es schon Thread darüber. Ich glaube, so ein Modul gibt's bei 
Chinesen zu kaufen.

PSU schrieb:
> dann bleiben wohl nur noch BJT...

Na dann viel Spaß beim suchen und paar duzend  BIJs zusammenschalten.
wie du schon merkst, in deinem IGBT sitzt auch ein BIJ, zum schalten von 
höher Spannung isser sehr gut geeignet, zum linearem Betrieb aber nicht 
besonders aufgrund der wie oben erwähnten  "Second Breakdown" geeignet.

Mit dem Hinweis
Sven S. schrieb:
> Die ollen IRF/IRFP-Typen eignen sich auch für Linearbetrieb.
bist du mit dem IRFP460 fast richtig. Nun die Steuerung muß 100% passen, 
sonst lösen sie bei 400V sehr schnell in die Luft, egal mit BIJ oder 
MOSFET.

@PSU
Sieht so aus als hätte es Dir die Sprache verschlagen oder das 
Schreiben.

Wie geschrieben, ist alles etwas verstreut.
12V-400V, 2.0-2.2kW;
150A bei 12V,
5.5A bei 400V
Als 50Hz konforme Last zu steuern. Bei 400V um überhaupt dem Verlauf 
folgen zu können, wäre eine Steilheit von 120V/ms notwendig.  Für 
niedrigen Fehler ein vielfaches davon.

Der 50A IGBT schafft so 150W Dauerleistung (höchstens, aber ich rechne 
mal damit), also:
3V 50A, 12V 12.5V, 400V 0.3A

- Einzelregelung wegen relativ stark abweichenden Kennlinien U_gate, 
I_collector.
- Emitterwiderstände wären so zu wählen, dass der Spannungsabfall ncht 
zu klein wird zur SYmmetrierung, >=1v sollten es sein. Bei weniger als 
1/4 von 150W darf diese noch nicht unter 0.5V gefallen sein.
- Ohne weitere Maßnahmen 20 IGBT notwendig.

Als 10bit, bzw. +/- 9bit D-A-Widerstandsdekade würden nur 10 Stück 
benötigt. Bei kleinen Pegeln wäre die Sprünge und Ungenauigkeiten 
relativ groß. Aber man könnte im Vergleich zur vorherigen Lösung auf 
20bit gehen.

In Verbindung mit Kollektorwiderständen zum Verheizen und eine lineare 
Abregelung ab einer bestimmten Spannung einzelner IGBT wäre es durchaus 
möglich mit weniger als 20 IGBT auszukommen. Da wäre es auch sinnvoll zu 
wissen, wie viele 50A und 150A Typen vorliegend wären.

Nebenbei sei angemerkt, dass Du mit anderen Halbleitern, wie Mosfet und 
BJT gleiche technische Spielereien anwenden müßtest, damit die Zahl 
nicht zu hoch wird. Daher würde ich es mit den vorliegenden Typen 
versuchen.

Ganz ohne zu rechnen geht es nicht, bzw. zeichnen der Funktionsgraphen. 
Erstere wäre die Hyperbel für P=150W des Transistor. Dann würden die 
Verläufe für ein paar verschiedene Kollektorwiderstände zum Vergleich 
nicht schaden.

Dieter schrieb:
> @PSU
> Sieht so aus als hätte es Dir die Sprache verschlagen oder das
> Schreiben.

Ja sorry, habe auch noch ein paar andere sachen um die Ohren. Muss 
ohnehin schauen, dass ich zeitnahe dazu komme dies zu bauen, da ein 
grösserer Auslandseinsatz absehbahr ist.

Anyway. 50A 1200V IGBTs habe ich genügend (vermutlich weit über 100stk) 
150A Toshibas sind deutlich weniger (einige 10 stk) und von den 1700V 
400A typen aktuell ca 10 (sollten aber bald mehr werden, da immer wenns 
im Bereich des IGBT was passiert, was den IGBT äusserlich bedampft immer 
dazu führt, dass dieser mitgetauscht wird (obwohl intern komplett I/O)

Anyway wollte eigenltich mit diesem Kühlkörper auskommen, und der Platz 
ist der limitierende Faktor.

So wie ich das sehe, sind 150A bei 12V überhaupt kein Problem. Die 2kW 
bei 400V jedoch schon (bei Paralellschaltung). Jeder IGBT kann auch 
seine eigene Regelung bekommen (Re soll nicht gross werden (max 5 W oder 
so).

Eine Serieschaltung sollte doch eignetlich nicht so schwierig sien, 
jeweils eine Galvanisch getrennte Speisung und ein Regler welcher die 
Spannung seines IGBTs auf die Spannung des untersten IGBTs regelt (2 
hochohmige Widerstände and E und C vom untersten IGBT).
Dann sollte es mit 4 150A Toshibas gehen (8 IGBT Dice) welche jeweils 
50V sehen) zumindest liegt dieser Betrieb im SOA. Anyway ob der Betrieb 
dann runter bis auf 12V 150A geht ist so eher unwahrscheinloch

Dieter D. schrieb:
> 150A bei 12V

gem SOA würden das 2 Paralell schaffen. Anyway 8 in serie werden bei 12V 
nicht gehen...

Dieter D. schrieb:
> Verluste im Kanal (Entspricht dem Dauerstrombetrieb 50A bei 3V
> Spannungsabfall) zwischen Emitter und Collektor sowie Drain-Source des
> parasitären Mosfet im IGBT. Die meiste Hitze entsteht im Bereich des
> Kollektors.
> +++
> Verluste durch den Schaltbetrieb. Die meiste zusätzlich Hitze entsteht
> im Bereich des Emitter, der Basisschicht und parasitären Mosfet.
> +++
> Bodydiode, intergrierte Diode im Modul.
> ===
> SOA des IGBT

Könntest du mir auch erklären, wesshalb die max mögliche Verlustleistung 
(SOA) so extrem Spannungsabhängig ist? Der Toshiba ist ja das beste 
Beispiel: max verlustleistung bei <15V ist ca 10 mal grösser als bei 
100V.

Ist bei höherer Spannung der neg temp. koef. dominanter, da der Strom 
stärker an den Hotspot gebündelt wird, im vergleich zu den höheren 
strömen die sich besser verteilen?

Wie siehts mit einer switch capacitor lösung aus (alles in klassischen 
transienten Schaltverlusten verheizen/ (kurze hohe Strompeaks))

PSU schrieb:
> Könntest du mir auch erklären, wesshalb die max mögliche Verlustleistung
> (SOA) so extrem Spannungsabhängig ist? Der Toshiba ist ja das beste
> Beispiel: max verlustleistung bei <15V ist ca 10 mal grösser als bei
> 100V.

Das liegt an der Testschaltung für die Spezifikation. D.h. mit 
Widerstand im Kollektorkreis im linearen Betrieb. Wenn nur 1A fließt, 
liegt fast die gesamte Spannung am IGB. diese scheint hier um die 100V 
zu sein. Der Knick ist bei 12V 100A, müßte also 90mΩ haben.

> Ist bei höherer Spannung der neg temp. koef. dominanter, da der Strom
stärker an den Hotspot gebündelt wird,

Stärkere Bündelung ist ein Grund, der andere ist dass sich die hier die 
Streuung der einzelnen Zellen (viele kleine IGBT auf dem Chip parallel) 
und Chips stärker auswirkt.