IGBT损耗的计算步骤与方法

IGBT 损耗的计算步骤与方法IGBT 损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间： 2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的 IGBT损耗模型和基于数学结构的 IGBT 损耗模型。基于物理结构的损耗模型通过分析 IGBT/DIODE 的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、 电压源等一些相对简单的元件模拟出 IGBT 的特性，利用仿真软件仿真IGBT 在各种工作情况下的电压、电流波形。从而计算得到IGBT 的损耗。基于数学方法的 IGBT 损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。IGBT典型的电压/ 电流曲线（ VCE/ICE） 如图1 所示。这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCENJ额定电流下的额定电压（由制 造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为 VFO 为门槛电压，典型值为 0.7V 。图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT 基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。假设电源的开关波形如图2所示。图 2 电源开关波形（ 1 ）功率损耗计算 IGBT 的功率损耗，首先来计算1 个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图 3 所示。图3单个脉冲IGBT的功率损耗1）使用VCE（sat）, VSIC特性曲线计算导通损耗,一般采用 TJ=25 时的特性曲线。（ 3）2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。（ 4）式中， n 为分割数，如图 4 所示，将 ta 至 tb 之间n 等分， 计算每个区间的平均功耗， Eoff 采用同样的计算方法。4 开关损耗积分时间区域tatb精品资料由公式（ 3）和公式（耗为E1=Esat+Eon+Eoff2. 平均功率的计算1 个脉冲内平均功耗为（ 6）用矩形波形近似得到图4）可以得到一个脉冲中的损5）5 所示的电源驱动波形。5 矩形波形示意图计算tw2 期间内的平均功耗，如图 6 所示，即 7） 7）式中， N 为 tw2 期间内的脉冲个数。图 6 矩形平均功耗波示意图计算电源整体的平均功耗，如图 6 所示，即 8）了解 IGBT 功率损耗的计算，对测量电源的稳定型、预测使用寿命有重要的作用，由于 IGBT 的型号各异，工程人员在使用 IGBT 时，一定要参考其使用手册中关于功率损耗的部分，在充分了解器件特性的前提下，结合设计对象，对产品的损耗进行计算。上一篇：全球十大IGBT-IPM 模块生产厂家排行下一篇：影响 IGBT 使用时的几大因素精品资料