IGBT損耗的計(jì)算步驟與方法

IGBT損耗的計(jì)算步驟與方法 IGBT損耗的計(jì)算步驟與方法作者：微葉科技 時(shí)間：2015-09-08 17:50 國內(nèi)外有很多專家學(xué)者對(duì)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(duì)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(jì)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)，它是基于大量數(shù)據(jù)的測量，試圖尋找出功耗與各個(gè)因素的數(shù)量關(guān)系。 然而，在工程實(shí)踐中工程師一般不會(huì)消耗大量的時(shí)間來進(jìn)行計(jì)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(shí)踐給出合適的計(jì)算方法。 IGBT 典型的電壓/電流曲線（VCE/ICE）如圖1所示。這個(gè)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 IGBT模塊IGBT典型的電壓/電流曲線（VCE/ICE）1. 損耗計(jì)算 由于二極管的計(jì)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(jì)算IGBT的功率損耗，首先來計(jì)算1個(gè)脈沖中的損耗，單個(gè)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(gè)脈沖IGBT的功率損耗 1）使用VCE(sat），VSIC特性曲線計(jì)算導(dǎo)通損耗，一般采用TJ=25時(shí)的特性曲線。 （3）2）開關(guān)損耗 開關(guān)損耗可用實(shí)際電壓電流波形在開通和關(guān)斷時(shí)間內(nèi)的積分來求得。 （4） 式中，n為分割數(shù)，如圖4所示，將ta至tb之間的區(qū)間n等分，計(jì)算每個(gè)區(qū)間的平均功耗，Eoff采用同樣的計(jì)算方法。 圖4 開關(guān)損耗積分時(shí)間區(qū)域tatb 由公式（3）和公式（4）可以得到一個(gè)脈沖中的損耗為E1=Esat+Eon+Eoff （5）2. 平均功率的計(jì)算 1個(gè)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(dòng)波形。 圖5 矩形波形示意圖 計(jì)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(gè)數(shù)。 圖6 矩形平均功耗波示意圖 計(jì)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(jì)算，對(duì)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(hào)各異，工程人員在使用IGBT時(shí)，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