原创 IGBT损耗计算详解

IGBT损耗计算详解
此贴主要讨论IGBT ，MOS管的损耗及选型计算等等事项，请有心人士指正。本文来自优学网jufeng 的bokee

IGBT  mos管子是电力电子常用元件，特别是电源设计中。以下主要根据我自己的方式来讲讲管子的损耗，选型计算，可能涉及到具体拓扑结构，有错误之处请指正。

首先，解读IGBT mos管的datasheet，不好意思，我本不喜欢中英混在一起的，但为了大多人的习惯，我有些地方用英文。以下是我以前一篇帖子的原文

Vce
ICM
ILM
IC @ TC = 25°C
IC @ TC = 100°C
IF @ TC = 25°C
IF @ TC = 100°C
IFM(Diode Max Forward Current)
VGE
以上参数主要决定了所选择管子的规格。其中耐压、耐流和耐最大冲击电流能力都需要特别关注，特别是电源中有开机的inrush current一般会很大，需要较大的ICM。驱动电压多少我不用多说了，一定温度下电流通流能力是做一个很重要的参数，直接关系到你做halt试验结果。
PD @ TC = 25°C
PD @ TC = 100°C
Rθjc( IGBT)
Rθjc(Diode)
Rθcs(Case-to-Sink...)
Rθja(Junction-to-Ambient...)
以上直接决定拟所选择管子的热设计，知道以上参数可以推算出junction的温度，也就是温度最高点的温度
VCE(on)                     

VFM
Diode Forward Voltage Drop

Eon
Eoff
Etot
Eon
Eoff
Etot
Td(on)
Tr
Td(off)
Tf
Trr
Irr
以上参数直接关系到你计算管子的损耗计算，是前期研发的重要参数，直接关系到你估计的损耗，接合热阻等概念，直接可以大概估计你所选择管子的热设计如何选择。

读书BOOST 拓扑结构如下：







当Q开通时候，电感储备能量，我们考虑连续工作模式情况，在Q关断时候，L释放能量，为了使得电感不饱和，我们需要遵循电感复位磁平衡的原理，归结起来既是电感的伏-秒平衡。

在开通的时候，电感L可伏秒为Vin*Ton，当Q关断时，电感电流必须连续，电感两端电压的极性反向，电感释放储存的能量，通过二极管D送到C上，此时的电感的伏秒为，（Vbus-Vin）Toff，此处为什么是Vbus-Vin而不是Vin – Vbus？原因很简单，在电感释放能量的时候，电感的极性是相反了的，实际可以将C的充电电压看作是Vin与电感电压的叠加，这也是为什么boost电路所有升压的基本机理。



根据伏秒平衡原理：



Vin*Ton=Vin*Toff。



我们很容易得到:



Vin*T= Vbus* Toff.

上面这个式子实际更形象的理解. 实际我们是否可以这样认为,Vin实际不管在Q开通或则关断他一直都提供能量,所以有Vin*T,而Vbus只有在Q关断的时候在储存能量所以有Vbus* Toff..根据此是否可以直接写出上式.归根结底是能量守恒.



上式对我们计算IGBT的开关损耗非常重要,这是BOOST电路的基本原理.

我计算损耗的基本思路将损耗分为导通损耗和开关损耗两种:

1、  导通损耗主要是通过模拟出导通电流IGBT导通压降,根据开关管开通的电压与电流的乘积来计算,即开通的一个时刻电压与电流的乘积.这个和实际有一些不一样,因为开关过程电压电流并不能在设计前得到, 除非是实际有测试波形,然后通过示波器内部计算系统编程求得损耗,但是前期用这种方法估计也是合理的,根据实际结果来看,基本相差不远。

开关损耗，主要是通过规格书给出的开关损耗曲线，根据模拟的曲线来驱近实际。【待续】  后续要用到计算软件mathcad

这以上是我先期写的，后期在写