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关于IGBT的极限性能
书呆子lhj2023/01/17电磁炮 IP:广东

IGBT用在电磁炮上,我觉得是一个既合适又不合适的器件。合适的地方在于,可控关断,可对电感的残余能量回收回来二次利用; 不合适的地方在于,感觉功率方面还有所欠缺。

最近,本来只是为了寻求适合充当IGBT--SCR混合开关boost磁阻炮的IGBT。

IMG_20220429_183328.jpg

微信截图_20220910132201.png

打算用两个kxj电容做初压800伏的,可见峰值电流只有300--500安左右。

IXYK120N120B3,艾赛斯,这管子参数非常理想,TO264封装,1500W耗散功率,1200V800A1ms,看着就诱人,感觉非常合适。

Screenshot_20230117_105221.jpg

本身看这价钱,也只是半信半疑,毕竟是新管,是有点过于便宜了,本着侥幸心理,买了四颗,准备先测试一下。

IMG_20230117_111802.jpg

按照上图搭好电路,准备先测试无关断的耐流,使用正压20伏负压5伏,脉宽450us的驱动信号。使用示波器测2mohm采样电阻(实际2.2mohm)的分压。我使用360V280uf100uh的参数,得到峰值450安的电流,因为线圈有续流二极管,所以igbt只会承受300us的电流,但实际上这个IXYK120N120B3似乎只坚持一半的脉宽,就烧掉了,因为示波器只采到了半截正常的波形。一开始以为是驱动的问题,随后测光耦的波形,果真不正常。原本是不知道igbt烧了才导致光耦烧的,也不怎么相信如果驱动信号正常,所能承受的电流也不会这么低吧,搞得自己迷迷糊糊的。


所以换了个光耦,换上了AUIRGPS4067D1,同样360伏初始电压,发现这次驱动和电路都很正常,采样电阻分压占5格,每格200mV,所以5*200/2.2=454.5A,横向大概占6格,每格50us,所以脉宽6*50=300us。

IMG_20230106_134500_edit_686959658660801.jpg

所以对4067继续测试:

IMG_20230106_134804_edit_687049917994121.jpg IMG_20230106_135012_edit_687196797959723.jpg IMG_20230106_135209_edit_687299307357103.jpg IMG_20230106_135421_edit_687417999814377.jpg IMG_20230106_135622_edit_687544909278941.jpg IMG_20230106_135820_edit_687657232784653.jpg

直至660伏4067都没烧,即800A300us,嗯电流是承受住了,但还不确定它关断是否正常。


随后就继续测试艾赛斯管子,继续450A300us放电,发现还是承受不了,本来测试4067的光耦又烧了,才发觉很可以真的是艾赛斯管子自身的问题,但还是不愿意接受450A都承受不了的现实。


所以随后的两个艾赛斯管子中,给管子并联了个her508二极管,继续测无关断的耐流,从低压开始测,发觉只能勉勉强强承受300A300us的电流。所以勉强可以确定是买到假管了,要么就是艾赛斯虚标参数。最终四管都没了。

IMG_20230106_144854.jpg

VID_20230106_184626.mp4 点击下载


随后根据科创群友的介绍,又买了四个九块九的拆机IXYX120N120C3,技术手册上显示,这管子耐流700A1ms,想着是拆机管,那就应该是真货了。但随后的直接测试关断性能,但,依然不达标。

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可见,680伏280uh100uh放电,750A300us管子,续流二极管已经炸开了,有点不解的是,这个管子竟然都完全关断了才炸开的。


随后,修改至正27负5的驱动电压,和并联了DSEI06-10A二极管,带了140uf(含初压的boost电路)的吸收电容,继续测试,

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这会管子没炸,但是可见是擎柱效应把它烧了。

换管,减小电容容量,继续测,

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当电容800V时,IXYX120N120C3关断失效。所以直到最终,IXYX的耐流依然没有达标。所以可以知道我所买的26一颗的IXYK120N120B3并不是正品,并且,艾赛斯的参数是虚标的。


继续对上次测试的4067进行带关断的测试,电容加大560uf,驱动电压正20负5。

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这个520V560uf100uh大概每隔30s放电一次,800A450us关断,测试了50次,依然挺住了。电容继续充至560伏,放电了5次没见烧。

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但在610伏时,4067炸管了。


使用boost电路,修改电容140uf,以及电感16uh(图中标错了),驱动电压正20负5,测试4067关断性能。

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连续1000A100us放电20次,正常

IMG_20230107_113353_edit_1063588758250728.jpg

再连续1200A100us放电10次,依然没烧掉。

最后,再连续1500A100us放电2次,烧了。

发觉4067的抗脉冲性能是真的好!


其实对于混合开关boost,我找到了替管,准备用IKQ75N120CT2,英飞凌的管子,1200V300A1ms。拆机管,七块钱一个,搞了十个回来测试,发现虽然耐流是达标了,但远没有4067稳,稍不注意就挺容易烧,也许这是高压igbt的通病。

boost电路,储能电容280uf,回收电容140uf,驱动电压正20负5:

IMG_20230114_204012_edit_1051915719273342.jpg

没有烧管,但随后升到500伏就烧了。


boost电路,储能电容140uf,回收电容140uf,驱动电压正20负5。

IMG_20230114_224149_edit_1058928353030605.jpg

没有烧管。


表笔在采样电阻的位置短接,干扰信号: 

IMG_20230114_203112.jpg

修改驱动信号为正27负5:

IMG_20230114_224438_edit_1061218123206819.jpg IMG_20230114_224621_edit_1061276470945351.jpg

IMG_20230114_224823.jpg

650伏时炸管,电流峰值570A,脉宽100us,关断失效。所以接下来应该会并两三个IKQ75N120CT2管作混合开关boost炮的总关断管。平均一个管就只使用300安的峰值。

IMG_20230115_090200.jpg

左IKQ75N120CT2,右AUIRGPS4067D1。

IMG_20230115_090001.jpg

这是搞极限测试的战果,三四天内烧炸了二三十颗管子,十多个二极管,十多个光耦,有史以来烧最多东西的日子😂


[修改于 1年3个月前 - 2023/01/19 09:57:23]

+4  科创币    花雨繁星    2023/01/17 测数据必须支持
来自:物理高能技术 / 电磁炮特殊话题:事故报告动手实践:实验报导
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~~空空如也
头疼脑壳昏
1年3个月前 IP:湖北
914609

sticker  电磁炮板块太冷清了. 给大佬挽尊.


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书呆子lhj作者
1年3个月前 IP:广东
914613
引用头疼脑壳昏发表于1楼的内容
 电磁炮板块太冷清了. 给大佬挽尊.

我看您只是单纯占一楼😂


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rb-sama
1年3个月前 IP:湖北
914616

很强,IGBT可以做补能谐振后的进一步加速,

当重量和规模达到一定级别,可以考虑用brick IGBT 也就是俗称的“砖”来实现补能的全桥

IGBT作为选通器件进行提前关断,把拓扑设计好来弥补这个问题

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书呆子lhj作者
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:广东
914618
引用rb-sama发表于3楼的内容
很强,IGBT可以做补能谐振后的进一步加速,当重量和规模达到一定级别,可以考虑用brick IGBT...

嗯,我觉得可以。根据测试结果,4067并联能有意想不到的效果,4067有作为补能的候选管的能力。毕竟大电流,可靠的三引脚直插igbt管不好找。根据测试,我已然不再相信艾赛斯给的技术手册上的耐流参数了。据说艾赛斯一般标的是最优值而不是平均值。


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lx2005
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:浙江
914623

大家喜闻乐见的4067的后缀D1D2D3是什么意思

sticker (纯新人,弱智问题)

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440Nx
1年3个月前 IP:广东
914656

ixys标的rbsoa只有300a就已经说明问题了。

虽然不错,但100us实在有点短,而且不能保证实装能这么用。所谓连续放电也不知算不算连续,如果是1khz就好了


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gugugu
1年3个月前 IP:上海
914659

感谢楼主的探索,话说有做4067并管的性能测试吗? sticker


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机战王x
1年3个月前 IP:福建
914667

IXYS的管子确实有虚标的可能性。本来还以为有什么黑科技。能把功率密度做的那么高,一个管子顶一个模块。毕竟买的4个拆机管子,无一例外全都炸了。

英飞凌的4067倒是有专门为浪涌可靠性优化过。

做这种开关混合拓补,用模块的话估计会有点重。所以还是匹配一下压降做并管好

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机战王x
1年3个月前 IP:福建
914668

楼主可以试试😂把驱动电压升到30v或者更高,更大地开发igbt的性能。

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书呆子lhj作者
1年3个月前 IP:广东
914675
引用gugugu发表于7楼的内容
感谢楼主的探索,话说有做4067并管的性能测试吗?

还没有,但从测试结果表明,按照平均每个管子承受额定电流来并联,即便拆机管如压降等均一性稍差,但依然会比较靠谱的。

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书呆子lhj作者
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:广东
914682
引用440Nx发表于6楼的内容
ixys标的rbsoa只有300a就已经说明问题了。虽然不错,但100us实在有点短,而且不能保证实...

boost,100us,对于几十m/s来说,当然短,但是对于一百多m/s,100us脉宽就很正常。

额,补能谐振,100us的补能脉宽,就非常正常。

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WangGC
1年3个月前 IP:北京
914770

是否能排除测试回路ESL对结果的影响?看图中取样电阻的制作不是很考究的样子,可以按无感电阻的样子绕制(导体对折然后绕制在绝缘棒上,etc.)

有条件可以测一下管子关断时其CE两端的电压波形或在CE两端反向并联合适规格的TVS(推荐标称Vce的85%-90%,不要低于电容电压)


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书呆子lhj作者
1年3个月前 IP:广东
914778
引用WangGC发表于12楼的内容
是否能排除测试回路ESL对结果的影响?看图中取样电阻的制作不是很考究的样子,可以按无感电阻的样子绕制...

其实,对于采样电阻的精度,我认为不需要非常准确,知道个大概就行了,电流峰值已经和HAcoilgun模拟器非常贴近了。极限耐流,本身就是拿寿命换功率容量的非常规操作,毕竟同个型号的各个拆机的IGBT品质也参差不齐。

压降我测过,但是确实没有全测,下次得修改一下电路,修改到能把压降和电流一起测的电路。

至于IGBT的保护电路,我确实没做到位,这个看情况,往后再考虑吧

IMG_20230107_120716_edit_171934485895114.jpg

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WangGC
1年3个月前 修改于 1年3个月前 IP:北京
914785
引用书呆子lhj发表于13楼的内容
其实,对于采样电阻的精度,我认为不需要非常准确,知道个大概就行了,电流峰值已经和HAcoilgun模...

原因并不在精度,而是回路中的杂散电感会导致关断瞬间功率管CE两端出现电压尖峰导致失效(这种情况的失效模式是先击穿后过流,如果炸得不是太碎的话可以在失效芯片上看到相关痕迹),你可以实际测一下回路中“没被续流二极管续流”部分的电感,乘以关断时的di/dt(看部分图中达到60A/us),加上关断前电容组剩余电压即为开关管要承受的电压峰值。建议你挂探头去测CE两端电压也是这个原因,具体实现可以利用驱动信号的下降沿做示波器的外部触发,能比较精确和方便的测得开关管在关断瞬间的电压应力。

4067的波形如果不是探头连接的问题,基本可以确定关断瞬间形成了一个峰值不小的振荡,这是设计良好的回路可以避免的

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书呆子lhj作者
1年3个月前 IP:广东
914797
引用WangGC发表于14楼的内容
原因并不在精度,而是回路中的杂散电感会导致关断瞬间功率管CE两端出现电压尖峰导致失效(这种情况的失效...

是说那几根竖线吗?

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liunian198
1年3个月前 IP:河南
915418

想问下楼主驱动4067的电阻多大,并联的时候有没有更换阻值。

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书呆子lhj作者
1年3个月前 IP:广东
915429
引用liunian198发表于16楼的内容
想问下楼主驱动4067的电阻多大,并联的时候有没有更换阻值。

没有并联过。但IGBT并联的驱动电阻应该分开就可以了,各个管子自带驱动电阻,阻值不用改


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远观三界
5个月4天前 IP:河南
927269

用汽车继电器500A,很便宜。

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ohh
3个月15天前 IP:甘肃
928285

那个,问一个比较幼稚的问题,boost磁阻的原理是什么啊🙏


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