IGBT模塊的損耗
IGBT模塊的損耗源于內(nèi)部IGBT和二極管（續(xù)流FWD、整流）芯片的損耗，主要是IGBT和FWD產(chǎn)生的損耗。
IGBT不是一個(gè)理想開關(guān)，體現(xiàn)在：
（1） IGBT在導(dǎo)通時(shí)有飽和電壓– Vcesat
（2） IGBT在開關(guān)時(shí)有開關(guān)能耗–Eon和Eoff 這是IGBT產(chǎn)生損耗的根源。Vcesat造成導(dǎo)通損耗，Eon和Eoff造成開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗 + 開關(guān)損耗 = IGBT總損耗。
FWD也存在兩方面的損耗，因?yàn)椋?/div>
（1）在正向?qū)ǎ蠢m(xù)流）時(shí)有正向?qū)妷海篤f
（2）在反向恢復(fù)的過程中有反向恢復(fù)能耗：Erec。Vf造成導(dǎo)通損耗，Erec造成開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗 + 開關(guān)損耗 = FWD總損耗。
Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec體現(xiàn)了IGBT/FWD芯片的技術(shù)特征。因此IGBT/FWD芯片技術(shù)不同，Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec也不同。
IGBT模塊的損耗-IGBT導(dǎo)通損耗
Vcesat和Ic的關(guān)系可以用左圖的近似線性法來
表示：Vcesat = Vt0 + Rce×Ic
IGBT的導(dǎo)通損耗：
Pcond = d * Vcesat ×Ic，其中d 為IGBT的導(dǎo)通占空比
IGBT飽和電壓的大小，與通過的電流（Ic），
芯片的結(jié)溫（Tj）和門極電壓（Vge）有關(guān)。
IGBT模塊的損耗-IGBT開關(guān)損耗
IGBT之所以存在開關(guān)能耗，是因?yàn)樵陂_通和關(guān)斷的瞬間，電流和電壓有重疊期。
在Vce與測試條件接近的情況，Eon和Eoff可近似地看作與Ic和Vce成正比：
Eon = EON × Ic/IC,NOM × Vce/測試條件
Eoff = EOFF× Ic/IC,NOM× Vce/測試條件
IGBT的開關(guān)損耗：Psw = fsw ×(Eon + Eoff) ，fsw為開關(guān)頻率。
IGBT開關(guān)能耗的大小與開關(guān)時(shí)的電流（Ic）、電壓（Vce）和芯片的結(jié)溫（Tj）有關(guān)。
Eon 定義：10% Ic 到 2%Vce n
Eoff 定義：10% Vce 到 2%Ic
IGBT模塊的損耗-FWD導(dǎo)通損耗
Vf和If的關(guān)系可以用左圖的近似線性法來表示：
Vf = U0 + Rd ×If
FWD的導(dǎo)通損耗：Pf = d * Vf ×If，其中d 為FWD的導(dǎo)通占空比 。
模塊規(guī)格書里給出了FWD的正向?qū)妷旱奶卣髦担篤F，及測試條件。
FWD正向?qū)妷旱拇笮。c通過的電流（If）和芯片的結(jié)溫（Tj）有關(guān)。
IGBT模塊的損耗-FWD開關(guān)損耗
反向恢復(fù)是FWD的固有特性，發(fā)生在由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)為反向阻斷的瞬間，表現(xiàn)為通過反向電流后再恢復(fù)為反向阻斷狀態(tài)。
在Vr與測試條件接近的情況，Erec可近似地看作與If和Vr成正比：
Erec = EREC ×If/IF,NOM × Vr/測試條件
FWD的開關(guān)損耗：Prec = fsw×Erec，fsw為開關(guān)頻率。
FWD反向恢復(fù)能耗的大小與正向?qū)〞r(shí)的電流（If）、電流變化率dif/dt、反向電壓（Vr）和芯片的結(jié)溫（Tj）有關(guān)。
IGBT模塊的損耗-小結(jié)
IGBT
導(dǎo)通損耗：
（1）與IGBT芯片技術(shù)有關(guān)
（2）與運(yùn)行條件有關(guān)：與電流成正比，與IGBT占空比成正比，隨Tj升高而增加。
（3）與驅(qū)動(dòng)條件有關(guān)：隨Vge的增加而減小
開關(guān)損耗
（1）與IGBT芯片技術(shù)有關(guān)
（2）與工作條件有關(guān)：與開關(guān)頻率、電流、電壓成正比，隨Tj升高而增加。
（3）與驅(qū)動(dòng)條件有關(guān)：隨Rg的增大而增大，隨門極關(guān)斷電壓的增加而減小。
FWD
導(dǎo)通損耗：
（1）與FWD芯片技術(shù)有關(guān)
（2）與工作條件有關(guān)：與電流成正比，與FWD占空比成正比。
開關(guān)損耗
（1）與FWD芯片技術(shù)有關(guān)
（2）與工作條件有關(guān)：與開關(guān)頻率、電流、電壓成正比，隨Tj升高而增加。
IGBT模塊的溫度
Rthch值的換算：Rthch per arm = Rthch per module × n
Rthch per arm = Rthch_IGBT // Rthch_FWD
Rthha值的換算：Rthha per arm = Rthha×n
其中arm是一個(gè)橋臂單元（IGBT+FWD），n是模塊內(nèi)的橋臂單元數(shù)。
對于含整流橋的PIM，Rthch的換算可以按Rthjc之間的比例來算
IGBT模塊的溫度-小結(jié)
IGBT模塊各個(gè)部分的溫差T取決于
（1）損耗（芯片技術(shù)、運(yùn)行條件、驅(qū)動(dòng)條件）；
（2）熱阻（模塊規(guī)格、尺寸）
模塊芯片的結(jié)溫是各部分的溫差和環(huán)境溫度之和：Tj = ΔTjc +ΔTch +ΔTha + Ta
如果假設(shè)殼溫Tc恒定，則Tj = ΔTjc + Tc；
如果假設(shè)散熱器溫度Th恒定，則Tj =ΔTjh + Th。
IGBT的平均結(jié)溫取決于平均損耗、Rthjc和殼溫Tc。
在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，IGBT的結(jié)溫是波動(dòng)的，其波動(dòng)幅度取決于瞬態(tài)損耗和Zthjc，而Zthjc又和運(yùn)行條件（如變頻器輸出頻率）有關(guān)。
IGBT的峰值結(jié)溫為平均結(jié)溫+波動(dòng)幅值。
結(jié)論：
IGBT的結(jié)溫（平均/峰值）和芯片技術(shù)、運(yùn)行條件、驅(qū)動(dòng)條件、IGBT規(guī)格、模塊尺寸、散熱器大小和環(huán)境溫度有關(guān)。
IGBT模塊的安全運(yùn)行
安全運(yùn)行的基本條件：
溫度：IGBT結(jié)溫峰值 Tj_peak≤ 125C°（150C°*）
模塊規(guī)格書給出了兩個(gè)IGBT最高允許結(jié)溫：
Tjmax = 150C°（150C°*）- 指無開關(guān)運(yùn)行的恒導(dǎo)通狀態(tài)下；
Tvj(max) = 125°（150C°*）- 指在正常的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下。
Tvj(max)規(guī)定了IGBT關(guān)斷電流、短路、功率交變（PC）所允許的最高結(jié)溫。
* 600V IGBT3；1200V和1700V IGBT4；3300V IGBT3 n
短路時(shí)間：Vcc=2500V, Vge<=15V, Tvj=150°, Tp<=10us
其它：Vce ≤ VCES（即IGBT的電壓規(guī)格）
Vge ≤VGES（±20V） Ic由RBSOA規(guī)定了在連續(xù)開關(guān)工作條件下，不超過2×IC,NOM。最小開通時(shí)間，等等。
烜芯微專業(yè)制造二極管，三極管，MOS管，橋堆等20年，工廠直銷省20%，4000家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用，專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品，如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點(diǎn)擊右邊的工程師,或者點(diǎn)擊銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報(bào)價(jià)以及產(chǎn)品介紹
烜芯微專業(yè)制造二極管，三極管，MOS管，橋堆等20年，工廠直銷省20%，4000家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用，專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品，如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點(diǎn)擊右邊的工程師,或者點(diǎn)擊銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報(bào)價(jià)以及產(chǎn)品介紹
相關(guān)閱讀