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IGBT模块的损耗.pdf

IGBT模块的损耗.pdf

上传者: 瑶老大 2011-12-29 评分1 评论0 下载107 收藏0 阅读量484 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《IGBT模块的损耗pdf》,可适用于电信技术领域,主题内容包含梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗、温度和安全运行梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗„IGBT模块的损耗源于内部IGBT和二极管(续流F符等。

梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗、温度和安全运行梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗„IGBT模块的损耗源于内部IGBT和二极管(续流FWD、整流)芯片的损耗主要是IGBT和FWD产生的损耗。„IGBT不是一个理想开关体现在:)IGBT在导通时有饱和电压–Vcesat)IGBT在开关时有开关能耗–Eon和Eoff这是IGBT产生损耗的根源。Vcesat造成导通损耗Eon和Eoff造成开关损耗。导通损耗开关损耗=IGBT总损耗。„FWD也存在两方面的损耗因为:)在正向导通(即续流)时有正向导通电压:Vf)在反向恢复的过程中有反向恢复能耗:Erec。Vf造成导通损耗Erec造成开关损耗。导通损耗开关损耗=FWD总损耗。„VcesatEonEoffVf和Erec体现了IGBTFWD芯片的技术特征。因此IGBTFWD芯片技术不同VcesatEonEoffVf和Erec也不同。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗IGBT导通损耗IGBT的VcesatIc特性曲线„Vcesat和Ic的关系可以用左图的近似线性法来表示:Vcesat=VtRceIc„IGBT的导通损耗:Pcond=d*VcesatIc其中d为IGBT的导通占空比„IGBT饱和电压的大小与通过的电流(Ic)芯片的结温(Tj)和门极电压(Vge)有关。„模块规格书里给出了IGBT饱和电压的特征值:VCE,Sat及测试条件。„英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件下的饱和电压特征值:)Tj=C)Tj=C。电流均为IC,NOM(模块的标称电流)VGE=V梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗IGBT开关损耗IGBT开通瞬间IGBT关断瞬间„IGBT之所以存在开关能耗是因为在开通和关断的瞬间电流和电压有重叠期。„在Vce与测试条件接近的情况Eon和Eoff可近似地看作与Ic和Vce成正比:Eon=EONIcIC,NOMVce测试条件Eoff=EOFFIcIC,NOMVce测试条件„IGBT的开关损耗:Psw=fsw(EonEoff)fsw为开关频率。„IGBT开关能耗的大小与开关时的电流(Ic)、电压(Vce)和芯片的结温(Tj)有关。„模块规格书里给出了IGBT开关能耗的特征值:EONEOFF及测试条件。„英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件下的开关能耗特征值:)Tj=C)Tj=C。电流均为IC,NOM(模块的标称电流)。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗FWD导通损耗URdFWD的VfIf特性曲线„Vf和If的关系可以用左图的近似线性法来表示:Vf=URdIf„FWD的导通损耗:Pf=d*VfIf其中d为FWD的导通占空比„模块规格书里给出了FWD的正向导通电压的特征值:VF及测试条件。„FWD正向导通电压的大小与通过的电流(If)和芯片的结温(Tj)有关。„英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件下的正向导通电压特征值:)Tj=C)Tj=C。电流均为IF,NOM(模块的标称电流)。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗FWD开关损耗FWD的反向恢复„反向恢复是FWD的固有特性发生在由正向导通转为反向阻断的瞬间表现为通过反向电流后再恢复为反向阻断状态。„在Vr与测试条件接近的情况Erec可近似地看作与If和Vr成正比:Erec=ERECIfIF,NOMVr测试条件„FWD的开关损耗:Prec=fswErecfsw为开关频率。„FWD反向恢复能耗的大小与正向导通时的电流(If)、电流变化率difdt、反向电压(Vr)和芯片的结温(Tj)有关。„模块规格书里给出了IGBT反向恢复能耗的特征值:EREC及测试条件。„英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件下的反向恢复能耗特征值:)Tj=C)Tj=C。电流均为IF,NOM(模块的标称电流)。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的损耗小结IGBT„导通损耗:)与IGBT芯片技术有关)与运行条件有关:与电流成正比与IGBT占空比成正比随Tj升高而增加。)与驱动条件有关:随Vge的增加而减小„开关损耗)与IGBT芯片技术有关)与工作条件有关:与开关频率、电流、电压成正比随Tj升高而增加。)与驱动条件有关:随Rg的增大而增大随门极关断电压的增加而减小。FWD„导通损耗:)与FWD芯片技术有关)与工作条件有关:与电流成正比与FWD占空比成正比。„开关损耗)与FWD芯片技术有关)与工作条件有关:与开关频率、电流、电压成正比随Tj升高而增加。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的温度芯片焊料铜层陶瓷(AlOAlN)铜层焊料基板散热器结温(Tj)壳温(Tc)散热器温度(Th)环境温度(Ta)芯片外壳温差Tjc外壳散热器温差Tch散热器环境温差Tha芯片外壳热阻Rthjc外壳散热器热阻Rthch散热器(环境)热阻Rthha输入功率输出功率损耗TjTj=TjcTchThaTa梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的温度HHHH温差(平均值)和热阻Rthjc=Tjc损耗Rthch=Tch损耗Rthha=Tha损耗总和或Rthha,=Tha损耗,模块规格书给出:RthjcperIGBT(每个IGBT开关)RthjcperFWD(每个FWD开关)RthchperIGBT(每个IGBT开关)RthchperFWD(每个FWD开关)或Rthchpermodule(每个模块)热阻模型(稳态)IGBTFWD芯片尺寸越大Rthjc值越小模块尺寸越大Rthch值越小散热器越大Rthha值越小。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的温度Rthch值的换算:Rthchperarm=RthchpermodulenRthchperarm=RthchIGBTRthchFWDRthha值的换算:Rthhaperarm=Rthhan其中arm是一个桥臂单元(IGBTFWD)n是模块内的桥臂单元数一个桥臂单元一个模块对于含整流桥的PIMRthch的换算可以按Rthjc之间的比例来算。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的温度„当损耗以周期性脉冲形式(方波正弦半波)存在时模块表现出热容性可用瞬态热阻抗Zthjc来表示。„Zthjc是一个时间变量(瞬态损耗持续的时间)。时间越长Zthjc值越大。Zthjc的最大值就是Rthjc。„结温Tj的波动幅度与Zthjc有关Zthjc值越大Tj的波动幅度就越大。仿真结果:变频器输出频率不同时对应的IGBT结温。瞬态热阻抗模型梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的温度小结„IGBT模块各个部分的温差T取决于)损耗(芯片技术、运行条件、驱动条件))热阻(模块规格、尺寸)„模块芯片的结温是各部分的温差和环境温度之和:Tj=TjcTchThaTa如果假设壳温Tc恒定则Tj=TjcTc如果假设散热器温度Th恒定则Tj=TjhTh。„IGBT的平均结温取决于平均损耗、Rthjc和壳温Tc。„在实际运行时IGBT的结温是波动的其波动幅度取决于瞬态损耗和Zthjc而Zthjc又和运行条件(如变频器输出频率)有关。„IGBT的峰值结温为平均结温波动幅值。结论:IGBT的结温(平均峰值)和芯片技术、运行条件、驱动条件、IGBT规格、模块尺寸、散热器大小和环境温度有关。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的安全运行安全运行的基本条件:„温度:IGBT结温峰值TjpeakC(C*)模块规格书给出了两个IGBT最高允许结温:Tjmax=C(C*)指无开关运行的恒导通状态下Tvj(max)=C(C*)指在正常的开关运行状态下。Tvj(max)规定了IGBT关断电流、短路、功率交变(PC)所允许的最高结温。*VIGBTV和VIGBTVIGBT„电压:VceVCES(即IGBT的电压规格)VgeVGES(V)„电流:由RBSOA规定了在连续开关工作条件下不超过IC,NOM。规格书中的RBSOA定义了IGBT所允许关断的最大电流。梁知宏IFCNAIM页IGBT模块的安全运行IGBTÄéµÄËðºÄIGBTÄéµÄËðºÄIGBTµÍËðºÄIGBTÄéµÄËðºÄIGBTªØËðºÄIGBTÄéµÄËðºÄFWDµÍËðºÄIGBTÄéµÄËðºÄFWDªØËðºÄIGBTÄéµÄËðºÄÐáIGBTÄéµÄÎÂÈIGBTÄéµÄÎÂÈIGBTÄéµÄÎÂÈIGBTÄéµÄÎÂÈIGBTÄéµÄÎÂÈÐáIGBTÄéµÄÈÔËÐÐIGBTÄéµÄÈÔËÐÐ

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