IGBT损耗的计算步骤与方法

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1、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

2、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VCEN为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

3、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=25C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t

4、b之间 的区间n等分，计算每个区间的平均功耗，Eoff采用同样的 计算方法。图4开关损耗积分时间区域tatb由公式（3）和公式（4）可以得到一个脉冲中的损耗为E1=Esat+Eon+Eoff（5）2. 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 5 所示的电源驱动波形。图 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）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