IGBT功率损耗计算--蔡华.pdf

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1、IGBT功率损耗计算对比---手算、Psim热模型、IPOSIM计算蔡华目的：对Psim中IGBT热模型功率计算方法进行验证，以便后期使用参考。方法：(1)根据器件手册计算；(2)根据英飞凌官方提供的计算工具核对.条件：经典的Buck电路；输入电压：1000V；输出电压：500V；输出电感：1mH；负载电阻：5Ω；开关频率：5kHz占空比：0.5；IGBT：英飞凌FF300R17ME4。Psim仿真电路见图1。图1Psim仿真模型英飞凌网站主页IPOSIM工具入口方法见图2。英飞凌官方功率计算网站h

2、ttp://infineon.transim.com/iposim/HighPower/All/TopologySelection.aspx图2英飞凌网站主页IPOSIM工具入口1.手工计算IGBT损耗(1)计算IGBT导通损耗。手册中给定的器件FF300R17ME3的IGBT导通电流与压降关系如图3所示。图3IGBT导通电流与压降IGBT导通时，从上述条件，可知，负载电压500V，负载平均电流100A，对应器件压降1.4V，占空比为0.5，平均导通损耗Pcond=100A*1.4V*0.5=70W

3、。(2)计算IGBT开关损耗。手册中给定的IGBT开通和关断损耗与电流关系如图4所示。图4IGBT开通和关断损耗与电流关系IGBT导通平均电流为100A，开通关断，每次开关动作对应的开通和关断损耗Eon+Eoff=75mJ，实际Uce承受电压为1000V，图中测试条件为900V，所以还要乘以1000/900，开关频率为5kHz。所以对应的开关损耗为Psw=75m*5k*1000/900=416.6W。(3)计算IGBT反并联二极管导通损耗。手册中给定的IGBT反并联二极管压降与电流关系如图5所示。图

4、5IGBT反并联二极管压降与电流关系IGBT关断时，电流从续流二极管流过，IGBT反并联二极管导通电流基本为0，损耗为0，可能此处不严谨，求拍。(4)计算IGBT反并联二极管反向恢复损耗。手册中给定的IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系如图6所示。图6IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系由于IGBT反并联二极管无电流，所以认为此处反向恢复损耗也为零。2.IPOSIM工具（英飞凌官方网站IGBT损耗计算）选择DC/DC-Buck电路拓扑，输入如下参数，选择本文的器件，计算。DC/DC-Bu

5、ck>SimulationResultsHello:HuaCai

6、Logout

7、Feedback

8、Help/SupportInputRequirementsInputVoltage1000VBlockingVoltage1700VOutputVoltage500VDutyCycle0.5Switching5000HzFrequencyLoadResistance5ΩLoadInductance1mHFF300R17ME4IgbtParametersVCEsat,25°C1.95VEon+Eoff,1

9、25°C190.50mWsRG,on3.300ΩRG,off4.700ΩRthJC0.083K/WRthCH0.029K/WDiodeParametersVF,25°C1.80VErec,125°C78.50mWsRthJC0.130K/WRthCH0.046K/WApplicationDataRG,on3.300ΩRG,off4.700ΩThermalConditionsFixedHeatSinkHeatsink50°CTemperatureJunctionTemperaturesIGBT106.

10、0°CFWD86.4°CSwitchingLossesIGBT420.455WFreeWheelingDiode144.445WConductionLosssesIGBT76.943WFreeWheelingDiode61.261WAverageLossesIGBT497.398WFreeWheelingDiode205.705W3.Psim中IGBT热模型根据英飞凌FF300R17ME3器件手册，建立热模型如图7所示，其中每个曲线只取了4~5个关键点。图7英飞凌FF300R17ME3在Psim中热

11、模型将所建立的device文件放入C:ProgramFilesPowersimPSIM9.0.3_TrialDevice文件夹内。重启Psim，选择刚才的器件模型，如图8所示。图8加载所选的器件热模型仿真结果如图9和图10(放大波形)所示。图9Psim仿真结果图10Psim仿真结果放大波形4.总结对比采用上述三种方法的计算结果如表1所示，可以看出，对于IGBT导通损耗和IGBT开关损耗的计算结果，三种方法还是比较接近的，其中有曲线选择时取样点误差的影响。然而，