器件损耗计算

器件损耗计算
1. 开关器件损耗计算 U in
U BUS
-U BUS
SCR IGBT
图1 PFC-BOOST 原理图
输入电压wt V wt V t u in CP in sin 2sin )(⋅⋅=⋅=；输入电流wt I t i CP in sin )(⋅=；输出电压BU S out V U =
1.1. IGBT 损耗
1.1.1 IGBT 导通损耗
IGBT 占空比
wt m V wt V U t u t D BUS in out in IGBT sin 1sin 21)(1)(⋅-=⋅⋅-=-= 其中BUS in V V m ⋅=
2 IGBT 导通压降，工程处理上根据datasheet 上的特性曲线拟合出导通压降u CE (t)关于i C (t)的函数式
))(()(t i f t u C CE =
常以一次函数式表示
cond IG BT C CE CE R t i V t u _0)()(⋅+=
IGBT 导通损耗
⎰⎰⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=ππ20
0_)()()(21)()()(1dwt wt D wt i wt u dt t D t i t u T P C CE T C CE cond IGBT ⎰⋅⋅⋅⋅=ππ0
)()()(21dwt wt D wt i wt u C CE ⎰⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅+⋅=ππ0
_0)sin 1()sin ()sin (21dwt wt m wt I R wt I V CP cond IGBT CP CE )3
4222(2_0_0CP cond IGBT CE CP cond IGBT CE CP I m R V m I R V I ⋅⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅+⋅=πππ 1.1.2 IGBT 开关损耗
IGBT 开关损耗
⎰⋅⋅⋅=T C CE SW IGBT dt t i t u T P 0
_)()(1 ⎰⋅⋅⋅=ππ0
)()(21dwt wt i wt u C CE ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋅+⋅⋅⋅⋅=SW off on test test P BUS IGBT f E E I U I V n )(21π 其中，E on 和E off 为IGBT 的datasheet 上给出U test 和I test 条件下测试得到的开通和关断损耗，n IGBT 为桥臂上并联的IGBT 数目。

1.1.3 IGBT 输出电容充放电损耗
输出电容C oss ，IGBT 关断电压V ds_off （如何得到？测量？）
IGBT 输出电容充放电损耗
22
__cos off
ds oss SW loss s V C f P ⋅⋅=
1.2. 二极管损耗
1.2.1 二极管导通损耗
二极管占空比
wt m t D t D IG BT diode sin )(1)(⋅=-=
二极管导通压降，工程上处理根据datasheet 上特性曲线拟合出导通压降u T (t)关于i T (t)的函数式
))(()(t i f t u T T =
常用一次函数式表示
cond diode T T T R t i V t u _0)()(⋅+=
二极管导通损耗
⎰⋅⋅⋅⋅=T diode T T cond diode dt t D t i t u T P 0
_)()()(1 ⎰⋅⋅⋅⋅=ππ0
)()()(21dwt wt D wt i wt u diode T T ⎰⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+=ππ0
_0)sin ()sin ()sin (21dwt wt m wt I R wt I V CP cond diode CP T )3
42(2_0cond diode CP T CP R I V I m ⋅⋅+⋅⋅=ππ 1.2.2 二极管开关损耗
二极管开通损耗
⎰⋅⋅⋅=T T T SW diode dt t i t u T P 0
_)()(1 ⎰⋅⋅⋅=ππ0
)()(21dwt wt i wt u T T ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅⋅⋅⋅⋅=SW rec test test CP BUS diode
f E I U I V n 121π 其中，E rec 为U test 和I test 测试条件下测试得到的开通损耗；n diode 为并联的二
极管数目。

1.3. SCR 损耗
1.4. 总结
开关管功耗 = 导通功耗 + 开关功耗
导通功耗计算常采用积分法
⎰⋅⋅⋅⋅=T cond loss dt t D t i t u T P 0
_)()()(1 因此，求取导通损耗的主要任务为求取三个主要参数：u(t)，i(t)，D(t) 开关损耗计算常采用平均法
)(21_off on test
test CP CP SW SW loss E E I U I V f P +⋅⋅⋅⋅⋅=π 其中，u(t)、E on 、E off 根据datasheet 得到。

2. 磁芯损耗计算
2.1. 线圈损耗
线圈设计需要考虑趋肤效应，趋肤深度
γ⋅⋅⋅=
∆u w k 2 式中
u ——导线材料的磁导率； ργ1=——材料的电导率； k ——材料电导率（或电阻率）温度系数。

导线直径需要＞2△。

交流电阻与直流电阻之比为实际电流流过面积的反比
2
22
)2()2()2(∆--=d d d R R dc ac 电阻好需要考虑温度
2.2. 磁芯损耗
磁芯损耗
e Fe core V P P ⋅=
式中 P Fe ——单位体积磁芯损耗
磁芯datasheet 上会给出磁损公式 d c SW Fe B f a P max ⋅⋅=
可以根据datasheet 上的磁损曲线求得磁损关于B max 的函数式。

那么求取磁芯损耗的主要任务就是求取磁场强度最大值B max 。

电感
电感磁链表达式
e A t B N t i L ⋅⋅=⋅)()(
L 为工作实际计算的电感
变压器
dt
dB A N dt d N V e ⋅⋅=⋅=φ 双向磁化e on A N T V B dB ⋅⋅=⋅=max 2 单向磁化e on A N T V B dB ⋅⋅==max。