IGBT损耗、温度与安全运行

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1、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：1）IGBT在导通时有饱和电压–Vcesat2）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：1）在正向导通（即续流）时有正向导通电压：Vf2）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

2、。¢Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec体现了IGBT/FWD芯片的技术特征。因此IGBT/FWD芯片技术不同，Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec也不同。梁知宏IFCNAIM2007.09页2IGBT模块的损耗-IGBT导通损耗IGBT的Vcesat-Ic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=Vt0+Rce×Ic¢IGBT的导通损耗：Pcond=d*Vcesat×Ic，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I

3、GBT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：1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为IC,NOM（模块的标称电流），VGE=+15V梁知宏IFCNAIM2007.09页3IGBT模块的损耗-IGBT开关损耗IGBT开通瞬间¢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=EON×Ic/IC,NOM×Vce/测试条件Eoff=EOFF×Ic/IC,NOM×Vce/测试条件¢

4、IGBT的开关损耗：Psw=fsw×(Eon+Eoff)，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。IGBT关断瞬间¢模块规格书里给出了IGBT开关能耗的特征值：EON，EOFF，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：1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为IC,NOM（模块的标称电流）。梁知宏IFCNAIM2007.09页4IGBT模块的损耗-FWD导通损耗FWD的Vf-If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=U0+Rd×If¢

5、FWD的导通损耗：Pf=d*Vf×If，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）Rd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：1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为IF,NOM（模块的标称电流）。U0梁知宏IFCNAIM2007.09页5IGBT模块的损耗-FWD开关损耗¢反向恢复是FWD的固有特性，发生在由正向FWD的反向恢复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

6、测试条件接近的情况，Erec可近似地看作与If和Vr成正比：Erec=EREC×If/IF,NOM×Vr/测试条件¢FWD的开关损耗：Prec=fsw×Erec，fsw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dif/dt、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：1）Tj=25°C；2）Tj=125°C。电流均为IF,NOM（模块的标称电流）。梁知宏IFCNAIM2007.09页6IGBT模块

7、的损耗-小结IGBT¢导通损耗：1）与IGBT芯片技术有关2）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。3）与驱动条件有关：随Vge的增加而减小¢开关损耗1）与IGBT芯片技术有关2）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。3）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：1）与FWD芯片技术有关2）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1）与FWD芯片技术有关梁知宏2）与工作条件有关：与开关频率、电流、电压成正比，随Tj升高