IGBT模块的功率损耗详解

IGBT模块的功率损耗

IGBT模块关断截止时，I(t)≈0，损耗的功率可忽略。为了便于分析，将IGBT损耗分为导通损耗和开关损耗。另外，开关损耗也可分为两类：具有理想二极管时IGBT的开关损耗和考虑二极管反向恢复时间时IGBT的开关损耗。

IGBT导通时，如果电流为方波脉冲，那么导通能量就等于电流、电压降和导通时间三者之积。IGBT在任意电流和温度时的最高电压降，根据数据表提供的数据，可按以下两步得到：

首先，从IGBT模块集电极发射极饱和电压与壳温的关系曲线上找出能满足所需电流的集电极-发射极饱和电压。然后，为了得到最大压降，在给定结温下从该曲线上得出的电压降必须乘以电气特性表中给出的最大值与典型值之比。

如果栅极驱动电压不是15V，最大压降值还需要些修正，修正系数可参考器件公司的IGBT设计手册。如果电流不是方波脉冲，导通损耗只能用积分计算。这样必须建立电流波形和电压降的数学表达式，这些函数关系可参考器件公司的IGBT设计手册。

在负载为电感的电路中，开关导通引起续流二极管反向恢复，同时开关器件中产生很大的电流尖峰，从而使IGBT和续流二极管的开关损耗增加。考虑到二极管反向恢复引起的开关损耗，IGBT总的开关损耗可出下式绐出：



式中：U1和I分别为电源电压和负载电流；Irr为二极管峰值反向恢复电流；ta和tb为反向时间trr的两个分量。 功率变换器采用不同功率开关器件时的功率损耗可按下列工程公式计算。

稳定功耗为：

开关功耗为：



开关功耗为：



总功耗为

P0= PSS+ PSW

式中：ESW(on)为每一个脉冲对应的IGBT开通能量(在t= 125℃、峰值电流ICP条件下)；ESW(off)为每个脉冲对应的IGBT关断能量(在t=125℃、峰值电流ICP条件下)；PSW为变频电源每臂的PWM的开关功率；ICP为正弦输出电流的峰值；UCE(sat)为IGBT的饱和电压降(在Tj=125℃、峰值电流ICP件下)；FSW为开关频率；D为PWM信号占空比；θ为输出电压与电流之间的相位角(功率因数为cosθ)。

审核编辑：刘清