IGBT損耗的計算步驟與方法

1、IGBT 損耗的計算步驟與方法IGBT 損耗的計算步驟與方法作者： 微葉科技時間： 2015-09-08 17:50國內(nèi)外有很多專家學(xué)者對IGBT 器件的損耗模型進(jìn)行了較深入的研究，還將損耗模型主要分為兩大類：基于物理結(jié)構(gòu)的IGBT 損耗模型和基于數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的IGBT 損耗模型。基于物理結(jié)構(gòu)的損耗模型通過分析IGBT/DIODE 的物理結(jié)構(gòu)和內(nèi)部載流子的工作情況，采用電容、電阻、 電感、電流源、 電壓源等一些相對簡單的元件模擬出IGBT 的特性，利用仿真軟件仿真IGBT 在各種工作情況下的電壓、電流波形。從而計算得到IGBT 的損耗。基于數(shù)學(xué)方法的IGBT 損耗模型與器件的具體類型無關(guān)，它是基于

2、大量數(shù)據(jù)的測量，試圖尋找出功耗與各個因素的數(shù)量關(guān)系。然而，在工程實踐中工程師一般不會消耗大量的時間來進(jìn)行計算，所以本文就是在介紹基本原理的基礎(chǔ)上，參考相應(yīng)的資料結(jié)合實踐給出合適的計算方法。IGBT 典型的電壓/電流曲線（VCE/ICE ）如圖 1 所示。這個曲線可以用門限電壓加電阻電壓疊加的方法來進(jìn)行線性化，即（ 1）式中， ICN 和 VCEN 為額定電流下的額定電壓（由制造商提供，不同的IGBT 模塊略有不同）。二極管的正向?qū)妷簼M足指數(shù)規(guī)律，但在工作范圍內(nèi)，也可以近似為一線性方程：（ 2）式中， VFN 為額定電流下的二極管電壓降；為 VFO為門檻電壓，典型值為0.7V。圖 1 IGB

3、T 模塊 IGBT 典型的電壓/電流曲線（VCE/ICE ）1. 損耗計算由于二極管的計算方法與IGBT 基本相同，所以下文主要分析的是IGBT 部分。假設(shè)電源的開關(guān)波形如圖2 所示。圖 2 電源開關(guān)波形（ 1 ）功率損耗計算 IGBT 的功率損耗，首先來計算1 個脈沖中的損耗，單個脈沖中包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，如圖3 所示。圖 3 單個脈沖IGBT 的功率損耗（ 1） VCE（sat ） ， VSIC 特性曲線計算導(dǎo)通損耗，一般采用TJ=25時的特性曲線。（ 3）2）開關(guān)損耗開關(guān)損耗可用實際電壓電流波形在開通和關(guān)斷時間（ 4）式中， n 為分割數(shù)，如圖4 所示，將ta 至 tb 之間的區(qū)間

4、n 等分，計算每個區(qū)間的平均功耗，Eoff 采用同樣的計算方法。圖 4 開關(guān)損耗積分時間區(qū)域tatb由公式（3）和公式（4）可以得到一個脈沖中的損耗為E1=Esat+Eon+Eoff（ 5 ）2. 平均功率的計算1 個脈沖內(nèi)平均功耗為（ 6）用矩形波形近似得到圖5 所示的電源驅(qū)動波形。5 矩形波形示意圖計算tw2 期間內(nèi)的平均功耗，如圖6 所示，即（ 7）式中， N 為 tw2 期間內(nèi)的脈沖個數(shù)。圖 6 矩形平均功耗波示意圖計算電源整體的平均功耗，如圖6 所示，即（ 8）了解 IGBT 功率損耗的計算，對測量電源的穩(wěn)定型、預(yù)測使用壽命有重要的作用，由于IGBT 的型號各異，工程人員在使用IGBT 時，一定要參考其使用手冊中關(guān)于功率損耗的部分，在充分了解器件特性的前提