本應(yīng)用筆記介紹了在開關(guān)模式電源電路中運(yùn)行的 IGBT 的數(shù)值算法，以確定其損耗。該設(shè)計(jì)示例使用經(jīng)過測(cè)試和分析的 600 W 零電流開關(guān)升壓 PFC（功率因數(shù)校正）電路，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)從工作電路獲得的損耗。預(yù)測(cè)損耗逐項(xiàng)列出，以便設(shè)計(jì)人員可以快速進(jìn)行紙質(zhì)設(shè)計(jì)分析，以預(yù)測(cè)一種 IGBT 類型與另一種類型的性能對(duì)比。
    本應(yīng)用筆記介紹了在開關(guān)模式電源電路中運(yùn)行的 IGBT 的數(shù)值算法，以確定其損耗。該設(shè)計(jì)示例使用經(jīng)過測(cè)試和分析的 600 W 零電流開關(guān)升壓 PFC（功率因數(shù)校正）電路，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)從工作電路獲得的損耗。預(yù)測(cè)損耗逐項(xiàng)列出，以便設(shè)計(jì)人員可以快速進(jìn)行紙質(zhì)設(shè)計(jì)分析，以預(yù)測(cè)一種 IGBT 類型與另一種類型的性能對(duì)比。
    介紹

    分析描述了用于確定 IGBT 損耗的數(shù)值算法。數(shù)學(xué)工作表程序（例如 MathCAD?）可用于此應(yīng)用程序。算法流程圖如圖1所示。所需的IGBT參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)是從半導(dǎo)體制造商使用的基本器件測(cè)試電路中獲得的。

    使用數(shù)值方法評(píng)估 IGBT 損耗
    損耗計(jì)算算法。

    確定電源電路中的開關(guān)器件損耗極其復(fù)雜，例如有源功率因數(shù)校正 (PFC) 電路、交流輸出 UPS 系統(tǒng)和使用 IGBT 作為開關(guān)器件的固態(tài)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。開關(guān)器件的導(dǎo)通占空比和開關(guān)電流隨著交流電源輸入或交流輸出電壓的瞬時(shí)幅度的函數(shù)而不斷變化。由于 IGBT 損耗是關(guān)斷鉗位電壓、集電極電流和結(jié)溫的復(fù)雜函數(shù)，這一事實(shí)進(jìn)一步加劇了該問題。圖 2 的曲面圖中顯示了 480V 單個(gè)關(guān)斷鉗位電壓下的關(guān)斷能量、集電極電流和結(jié)溫之間的關(guān)系。

    使用數(shù)值方法評(píng)估 IGBT 損耗
    關(guān)閉能量作為 Icollector 和 Tjunction 的函數(shù)。
    傳統(tǒng)的時(shí)域 SPICE 分析需要長(zhǎng)時(shí)間的模擬，從而生成大量的輸出文件。代表 IGBT 開關(guān)特性的 SPICE 模型只能在預(yù)設(shè)結(jié)溫下運(yùn)行。此外，IGBT 制造商數(shù)據(jù)表沒有提供足夠的信息
    來分析所有開關(guān)條件下器件的損耗。
    之前的工作
    先前評(píng)估晶體管工作損耗以確定器件結(jié)溫的努力并未以交互方式將信息與器件特性聯(lián)系起來 [2]、[3]、[4]。IGBT 傳導(dǎo)損耗是傳導(dǎo)電流和結(jié)溫的函數(shù)。開通和關(guān)斷開關(guān)損耗是 IGBT 集電極電壓、電流和結(jié)溫的函數(shù)。晶體管結(jié)溫又是晶體管損耗和散熱器溫度的函數(shù)。
    方法
    本文建立了 IGBT 關(guān)斷、導(dǎo)通、導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)損耗的數(shù)學(xué)模型。該模型基于通過曲線擬合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)開發(fā)的方程。這些方程將 IGBT 損耗描述為結(jié)溫、集電極電流和集電極鉗位電壓的函數(shù)。這些方程用于確定圖 3 所示連續(xù)模式升壓 PFC 電路中晶體管 Q1 的總損耗。

    

    IGBT 關(guān)斷損耗測(cè)試電路。
    曲線擬合方程中使用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是利用密切代表 PFC 電路工作條件的測(cè)試夾具開發(fā)的。