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IGBT模块单个IGBT及二极管功耗分析工具

IGBT模块简易热仿真计算辅助工具
一、IGBT模块损耗分析:
IGBT模块的构成一般为IGBT部和FWD(反向二级管)部,它们各自的损耗的合计即为IGBT模块整体的损耗。功率器件工作时会产生功率损耗,变频器功率模块的损耗主要由IGBT 和快恢复二极管两个部分组成,且分别包括通态损耗和开关损耗。
IGBT模块损耗分布
无论IGBT还是FWD的通态损耗均可以通过输出特性计算。
开关损耗可以通过开关特性与集电极电流特性之间的关系计算。
结温Tj一般采用IGBT允许的最高值。
二、变频器特性分析:
理论分析前提:
1、输出电流为理想正弦波;
2、通过正弦波和内部三角波比较产生PWM波
3、变频器拓扑应当是正弦波电流输出三相PWM控制变频器
变频器电压电流关系为:
PWM变频器的输出电流
三、变频器通态损耗计算:
填入模块相关工作条件信息:
IGBT模块工作条件
3.1 认识开关管的通态阻抗?
由于IGBT的Vce和Ic的关系是非线性关系,导致IGBT的损耗非常难以精确计算。
IGBT的生产厂家一般会提供下面的曲线,可以整理为下图右边的示意图:
IGBT的Vce和Ic的关系曲线
根据上图,选择实际驱动电压所在的曲线,计算出IGBT的通态等效电阻:
该曲线电阻的计算公式是:rCE=(2V-1V)/(28.5A-2A)。
可以得到IGBT的通态等效阻抗约为:
rCE = 0.001Ω
3.2 选择饱和压降为多少:
再查IGBT的Datasheet,会提供下面的饱和压降信息:
GBT的Datasheet饱和压降信息
以25℃时的状态为例,取其典型值为:
VCE0 = 2.1V (从上图也可以看出IGBT的饱和压降是随着温度而升高的,温度越高,其导通损耗更大)
3.3 了解到IGBT工作时流过的电流有效值为多少:
假如知道系统的输出功率为:
Pout = 500KW
同时知道系统输入的母线电压为:
Vbus = 450V
考虑系统设计的工作效率,因此则可以取流过单个IGBT的电流为:
Ic = 267.3A
3.4 设置IGBT上电压电流波形的相位差值:
本值为流经IGBT的电流Ic与IGBT的Vce电压之间的相位差。理想模型为相差180度,此时IGBT的损耗主要为导通损耗。即,当IGBT导通时,电流流经IGBT;当IGBT关断时,IGBT即截止,无电流流过。实际由于导通延迟及寄生参数等诸多原因影响,可能正负偏差若干角度。
φ = 180°(典型值在180°左右)
接下来定义调制比:
M = 0.8 (典型值在≤1)
3.5 计算IGBT的导通损耗:
实际导通损耗的计算是非常复杂的一个计算公式,由于软件功能限制,在此给出一个简化计算结果,仅供参考。
Pigbton = 165.74W
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