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IGBT的损耗与结温计算

【导读】与大多数功率半导体相比,IGBT 通常需要更复杂的一组计算来确定芯片温度。 这是因为大多数 IGBT 都采用一体式封装,同一封装中同时包含 IGBT 和二极管芯片。 为了知道每个芯片的温度,有必要知道每个芯片的功耗、频率、θ 和交互作用系数。 还需要知道每个器件的 θ 及其交互作用的 psi 值。
本应用笔记将简单说明如何测量功耗并计算二极管和 IGBT 芯片的温升。
损耗组成部分
根据电路拓扑和工作条件,两个芯片之间的功率损耗可能会有很大差异。 IGBT 的损耗可以分解为导通损耗和开关(开通和关断)损耗,而二极管损耗包括导通和关断损耗。 准确测量这些损耗通常需要使用示波器,通过电压和电流探针监视器件运行期间的波形。 测量能量需要用到数学函数。 确定一个开关周期的总能量后,将其除以开关周期时间便可得到功耗。
IGBT开通

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图 2. IGBT 开通损耗波形
将开通波形的电压和电流相乘,即可计算出该周期的功率。 功率波形的积分显示在屏幕底部。 这就得出了 IGBT 开通损耗的能量。
功率测量开始和结束的时间点可以任意选择,但是一旦选定了一组标准,测量就应始终遵循这些标准。
IGBT导通损耗

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图 3. IGBT 传导损耗波形
导通损耗发生在开通损耗区和关断损耗区之间。 同样应使用积分,因为该周期内的功率并不是恒定的。
IGBT关断

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图 4. IGBT 关断损耗波形
开通、导通和关断损耗构成了IGBT芯片损耗的总和。 关断状态损耗可以忽略不计,不需要计算。 为了计算 IGBT 的总功率损耗,须将这三个能量之和乘以开关频率。
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IGBT 损耗必须使用阻性负载或在负载消耗功率的部分周期内进行测量。 这样可消除二极管导通。

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图 5. 二极管导通损耗波形
FWD反向恢复

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图 6. 二极管反向恢复波形
图 5 和图 6 显示了二极管在整流器或电抗模式下工作期间的电流和电压波形。 二极管损耗的计算类似于 IGBT 损耗。 (责任编辑:admin)

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