试谈IGBT耗散功率计算
IGBT耗散功率计算
IGBT耗散功率计算IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种常用的功率开关器件，它在大功率应用中具有较低的开关损耗和较高的效率。
在使用IGBT 进行功率开关控制时，需要计算和考虑其耗散功率。
IGBT的耗散功率包括开关损耗和导通损耗两部分。
开关损耗是指在IGBT的开关过程中由于开关速度较快而产生的能量转损。
导通损耗是指当IGBT导通时因芯片内部电阻和开关电压而产生的功率损耗。
首先，我们来计算开关损耗。
开关损耗通常由开关频率、电流和电压决定。
开关损耗可以分为开关开启损耗和开关关闭损耗两个部分。
当IGBT 开启时，电流会从0到其极大值快速增加，此过程中会有一个过渡阶段，电压降过渡为低电压，并且会有一个反向电流。
开关关闭时，电流会从其极大值快速减小为零，此过程中同样会有过渡阶段。
开关开启损耗可以通过以下公式计算：P_on = V_on * I_Cin * f_s其中P_on 是开关开启损耗；V_on 是开启过程中的电压降；I_Cin 是开启过程中的输入电流；f_s是开关频率。
开关关闭损耗可以通过以下公式计算：P_off = V_off * I_CEoff * f_s其中P_off 是开关关闭损耗；V_off 是关闭过程中的电压降；I_CEoff 是关闭过程中的输出电流。
接下来，我们计算导通损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：P_cond = V_CEon * I_Cavg其中P_cond 是导通损耗；V_CEon 是导通过程中的电压降；I_Cavg 是导通过程中的平均电流。
综上所述，IGBT的总耗散功率可以通过以下公式计算：P_total = P_on + P_off + P_cond这些公式可以帮助我们计算IGBT的耗散功率。
在实际应用中，还需要考虑散热器的散热能力，以确保IGBT的工作温度在可接受范围内。
为了实现更加精确的功率计算，需要准确测量和获得所需的电流和电压参数。
IGBT损耗计算
IGBT损耗计算单元内部损耗主要由单元内部的IGBT、整流桥、均压电阻、电解电容等产生，算出这些器件的损耗值便能算出单元的效率。
一、IGBT损耗计算IGBT的损耗主要分为IGBT的通态损耗和开关损耗以及IGBT中续流二极管的通态损耗和开关损耗，（1）IGBT的通态损耗估算IGBT的通态损耗主要由IGBT在导通时的饱和电压Vce和IGBT的结热阻产生，IGBT通态损耗的计算公式为：2 21 Ip Ip Ip Ip Pt _ igbt = —（Vce ——+ Rthjc -------- ）+ m * cos © （Vce ——+ Rthjc---------------------------------------------------- ）2 兀 4 8 3兀式中：Pt-igbt----IGBT的通态损耗功率（W）Vce——IGBT通态正向管压降（V）Rthjc----IGBT 结热阻（K/W）lp----IGBT通态时的电流（A）m----正弦调制PWM输出占空比cos© ----PWM输出功率因数（2）IGBT开关损耗计算IGBT的开关损耗主要是由于IGBT开通和关断过程中电流Ic与电压Vce 有重叠，进而产生开通能耗Eon和关断能耗Eoff, IGBT的开关能耗大小与IGBT 开通和关断时的电流Ic、电压Vce和芯片的结温有关，IGBT开关能好的计算公式为：1Pk -igbt * f * （E o n Eoff）兀式中：Pk-igbt----IGBT开关热损耗值（W）f----IGBT 开关频率（Hz）Eon----IGBT单次接通脉冲的能量损耗（W）Eoff----IGBT单次关断脉冲的能量损耗（W）（3）续流二极管通态损耗计算续流二极管在导通状态下存在正向导通压降Vf，其大小由通过的电流和芯片的结温有关。
由于Vf和结热阻的存在，当有电流通过时会生成二极管在通态状态下的损耗。
IGBT的驱动特性及功率损耗计算
IGBT的驱动特性及功率损耗计算作者：海飞乐技术时间：2017-05-17 15:361.IGBT的驱动特性1.1驱动特性的主要影响因素IGBT的驱动条件与IGBT的特性密切相关。
设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和dv/dt引起的误触发等问题。
栅极电压Uge增加(应注意Uge过高而损坏IGBT)，则通态电压下降(Eon也下降)，如图1所示(此处以200 A lGBT为例)。
由图中可看出，若Ugc固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高。
如图1a，电流容量将随结温升高而减少(NPT工艺正温度特性的体现)如图1b所示。
图1 栅极电压Uge与Uce和Tvj的关系栅极电压Uge直接影响IGBT的可靠运行，栅极电压增高时有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗，但同时将使lGBT能承受的短路时间变短(10 µs以下)，使续流二极管反向恢复过电压增大，所以务必控制好栅极电压的变化范围，一般Vge可选择在-10~+15 V之间，关断电压-10V，开通电压+15V。
开关时Uge与lg的关系曲线见图2a和图2b所示。
图2 开关时Uge与Ig的关系曲线栅极电阻Rg增加，将使IGBT的开通与关断时间增加，使开通与关断能耗均增加，但同时，可以使续流二极管的反恢复过电压减小，同时减少EMI的影响。
而门极电阻减少，则又使di/dt增大，可能引发IGBT误导通，但是，当Rg减少时，可以使得IGBT关断时由du/dt所带来误触发的可能性减小，同时也可以提高IGBT承受短路能量的能力，所以Rg 大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。
图3为Rg大小对开关特性的影响，损耗关系请参照图4所示。
图3Rg大小对开关特性的影响(di/dt大小不同)图4 门极电阻Rg与Eon/Eoff由上述可得IGBT的特性随门极驱动条件的变化而变化，就象双极型晶体管的开关特性和安全工作区随基板驱动而变化一样。
但是lGBT所有特性难以同时最佳化，根据不同应用，在参数设定时进行评估，找到最佳折冲点。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，变频器作为电能转换与控制的核心设备，在工业自动化、新能源发电、电动汽车等领域得到了广泛应用。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为变频器的关键功率器件，其性能直接影响到变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算和散热系统设计是变频器设计中的重要环节，对于提高变频器性能、降低运行成本、延长设备寿命具有重要意义。
本文旨在探讨变频器中IGBT模块的损耗计算方法和散热系统设计原则。
我们将分析IGBT模块的工作原理和损耗产生机制，包括通态损耗、开关损耗等。
在此基础上，我们将介绍损耗计算的数学模型和计算方法，以及如何通过实验手段验证计算结果的准确性。
我们将重点讨论散热系统的设计原则和优化方法，包括散热器结构设计、散热风扇的选择与控制、散热系统的热仿真分析等。
本文将总结一些实际应用中的经验教训，提出针对IGBT模块损耗计算和散热系统设计的优化建议，为变频器设计工程师提供有益的参考。
通过本文的研究，我们期望能够为变频器设计中的IGBT模块损耗计算和散热系统设计提供理论支持和实践指导，推动变频器技术的持续发展和应用创新。
二、IGBT模块损耗计算绝缘栅双极晶体管（IGBT）是变频器中的关键元件，其性能直接影响变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算是散热系统设计的基础，对于确保变频器的稳定运行具有重要意义。
IGBT模块的损耗主要包括通态损耗和开关损耗两部分。
通态损耗是指IGBT在导通状态下，由于电流通过而产生的热量损耗。
开关损耗则发生在IGBT的开通和关断过程中，由于电压和电流的乘积在时间上的积分不为零，导致能量损失。
通态损耗的计算公式为：Pcond = Icoll * Vce(sat)，其中Icoll 为集电极电流，Vce(sat)为饱和压降。
饱和压降是IGBT导通时电压降的一个重要参数，它与集电极电流、结温和门极电流等因素有关。
igbt功耗计算
1IGBT 的驱动特性及功率计算陈暹辉深圳裕能达电气有限公司摘要：根据目前市场的使用情况，介绍IGBT 的驱动特性及不同功率计算。
关键词：开通损耗 关断损耗 栅极电阻 导通压降 短路时间1 IGBT 的驱动特性1.1 驱动特性的主要影响因素IGBT 的驱动条件与IGBT 的特性密切相关。
设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和d v /d t 引起的误触发等问题。
栅极电压 U ge 增加（应注意U ge 过高而损坏IGBT ），则通态电压下降（Eon 也下降），如图1所示(此处以200 A IGBT 为例)。
由图1中可看出，若U ge 固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高，如图1 a ，电流容量将随结温升高而减少（NPT 工艺正温度特性的体现）如图1b 所示。
（a ）Uge 与Uce 和Ic 的关系 （b ）Uge 与Ic 和Tvj 的关系图1 栅极电压U ge 与U ce 和T vj 的关系栅极电压 U ge 直接影响 IGBT 的可靠运行，栅极电压增高时有利于减小IGBT 的开通损耗和导通损耗，但同时将使IGBT 能承受的短路时间变短（10 μs 以下），使续流二极管反向恢复过电压增大，所以务必控制好栅极电压的变化范围，一般V ge 可选择在-10～+15 V 之间，关断电压-10 V ,开通电压+15 V 。
开关时U ge 与I g 的关系曲线见图2 a 和图2 b 所示。
栅极电阻R g 增加，将使IGBT 的开通与关断时间增加，使开通与关断能耗均增加,但同时，可以使续流二极管的反恢复过电压减小，同时减少EMI 的影响。
而门极电阻减少，则又使d i /d t 增大，可能引发IGBT 误导通，但是，当R g 减少时，可(a)开通时 (b)关断时 图2 开关时U ge 与 I g 的关系曲线以使得IGBT 关断时由d u /d t 所带来误触发的可能性减小，同时也可以提高IGBT 承受短路能量的能力,所以R g 大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。
igbt损耗计算
开关损耗
导通损耗：
Pc=I
DSU
ONδ：
导通工作电流*压降*占空比=20*1.8*0.85=31
300A*1.7V*.85=450
Ps=24*20*(500+600)ns*8k/2=2.12
300V*300A*(550+300)*8k/2=330
总的igbt+二极管损耗40w,800W
设环境温度35
则结温=35*0.8+8*3.4+35=85度。
在允许温度内
0.11*800+35+150*0.18=150度，对于cm600dy-12NF 已达到允许结温，必须散热。
散热计算：
1.电器热量(H)=热功率(P)*秒(t)/4.2单位焦耳
空气冷却器最高传热系数600kcal/m2/h/摄氏度,考虑实际情况取200，设热传递总温差为5度，则散热器鳍片面积
空气流量小时对于此类应用有一个风扇就行了
经验估算：
每瓦功率需要散热面积大约6平方厘米。
小于计算值每瓦功率需要风量0.54CFM（立方英尺/分）（0.986m^3/小时）40*0398近似等于计算值。
1/ 2
对于1000waigbt全桥需要散热面积为6000平方厘米
风量1000立方米/小时。
计算风扇尺寸转速：
风量60/转速（2000/min）则每转风量=0.085m^3,风速设定为3m/s则风扇面积=0.03m^2,边长选择20cm
转速2000，面积20*20cm^2,出口风速大于3m。
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IGBT的驱动特性及功率损耗计算
IGBT的驱动特性及功率损耗计算IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
IGBT的驱动特性和功率损耗计算是研究和设计IGBT电路时重要的考虑因素。
以下是对IGBT驱动特性和功率损耗计算的详细介绍。
一、IGBT的驱动特性1.输入阻抗：IGBT的输入阻抗较高，通常在几百欧姆到几兆欧姆之间，可以接受微弱的输入信号。
2.输入电容：IGBT的输入电容通常较大，约为几十皮法（pF），需要充放电过程来实现开关控制。
3.驱动电压：IGBT的驱动电压通常在12V至15V左右，在工作过程中，需要适当控制驱动电压的大小和时间，以保证其正常工作。
4.驱动电流：IGBT的驱动电流是驱动IGBT的关键参数，通常需要较大的驱动电流来保证IGBT的稳定工作。
5.驱动方式：常见的IGBT驱动方式有电流驱动和电压驱动两种。
电流驱动方式可以提供更好的保护性能和更高的驱动能力。
6.驱动信号：IGBT的驱动信号通常为脉宽调制（PWM）信号，通过控制脉宽来调节流过IGBT的电流，从而实现对电路的开关控制。
7.驱动时间：IGBT的驱动时间是指IGBT从关断到导通或从导通到关断的时间，通常需要较短的驱动时间来保证IGBT的快速开关。
IGBT在工作过程中会产生一定的功率损耗，包括导通损耗、关断损耗和开关损耗。
功率损耗的计算对于设计IGBT电路和散热系统非常重要。
1.导通损耗：IGBT在导通状态下会有一定的导通电压降和导通电流，导致功率损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：Pcon = Vce × Ic其中，Pcon为导通损耗，Vce为导通电压降，Ic为导通电流。
2.关断损耗：IGBT在关断过程中会有一定的关断电流和关断电压降，导致功率损耗。
关断损耗可以通过以下公式计算：Pdis = Vce × Ic × td其中，Pdis为关断损耗，Vce为关断电压降，Ic为关断电流，td为关断时间。
IGBT损耗计算
IGBT损耗计算IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压功率半导体器件，常用于交流电驱动汽车电机、电机驱动器、逆变器等高功率应用中。
IGBT在工作过程中会产生一定的损耗，包括导通损耗、开关损耗和封装损耗等。
下面将从这三个方面对IGBT的损耗进行计算。
1. 导通损耗（Conduction Losses）：导通损耗是指IGBT开关处于导通状态时导通电流通过器件内的正向电压降所引起的损耗。
导通损耗的计算公式如下：Pcon = Vceon * Icav其中，Pcon为导通损耗，Vceon为IGBT的导通电压降，Icav为平均导通电流。
2. 开关损耗（Switching Losses）：开关损耗是指IGBT在开关状态下因开关过程中的电流和电压变化而产生的损耗。
开关损耗可以分为开关过渡损耗和开关导通损耗两部分。
开关过渡损耗由于开关过程中外部负载电流和电压变化引起，可以通过计算开关过程中的高电平和低电平时间来估算，计算公式如下：Pswg = (Eon / Ton) * (Ic + IL) * (Ton / T) + (Eoff / Toff) * (Ic + IL) * (Toff / T)其中，Pswg为开关过渡损耗，Eon为开开关过程中的功耗，Ton为开斩波时间，Ic为平均导通电流，IL为负载电流，T为一个周期时间。
开关导通损耗是指IGBT从关态切换到导通态时，由于电导下降导致的损耗，可以通过计算开关导通时间和导通电流来估算，计算公式如下：Pswc = (Econ / Tcon) * (Ic + IL) * (Tcon / T)其中，Pswc为开关导通损耗，Econ为开关导通过程中的功耗，Tcon 为开关导通时间。
3. 封装损耗（Package Losses）：封装损耗是指由于封装本身的热阻和热容导致的损耗。
封装损耗主要由于IGBT的开关过程中产生的瞬时热量，根据IGBT封装的热阻和热容来计算。
igbt损耗计算
开关损耗
导通损耗：
Pc=I
DSU
0N&
导通工作电流*压降*占空比=20*1.8*0.85=31
300A*1.7V*.85=450
Ps=24*20*（500+600）ns*8k/2=2.12
300V*300A*（550+300）*8k/2=330
总的igbt+二极管损耗40w,800W
设环境温度35
则结温=35*0.8+8*3.4+35=85 度。
在允许温度内
0.11*800+35+150*0.18=150度，对于cm600dy-12NF 已达到允许结温，必须散热。
散热计算：
1•电器热量（H）二热功率（P）*秒（t）/4.2单位焦耳
空气冷却器最高传热系数600kcal/m2/h/ 摄氏度,考虑实际情况取200，设热传递总温差为5 度，则散热器鳍片面积
空气流量小时对于此类应用有一个风扇就行了
经验估算：
每瓦功率需要散热面积大约6 平方厘米。
小于计算值每瓦功率需要风量
0.54CFM （立方英尺/分）（0.986m^3/小时）40*0398近似等于计算值。
对于1000waigbt 全桥需要散热面积为6000 平方厘米
风量1000 立方米/ 小时。
计算风扇尺寸转速：
风量60/转速（2000/min）则每转风量=0.085m A3风速设定为3m/s则风扇面积=0.03口八2,边长选择20cm
转速2000,面积20*20cmA2,出口风速大于3m。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法什么是IGBT？IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）是一种高性能半导体开关，常见于大功率电子器件中，如变频器、电机驱动器等。
IGBT相对于MOSFET具有较高的电流和电压承受能力，而且相对于BJT来说，具有更低的输入电流和较高的输入电阻，因此在大功率应用中更为常见。
IGBT损耗的计算在IGBT系统中，由于电源的转换和系统中开关器件的切换，导致了电力的不可避免损耗。
IGBT损耗主要包括开关损耗和导通损耗两部分。
而在IGBT汽车应用中，由于空间限制，功率密度较高，设备大小小，自然散热能力弱，IGBT系统损耗往往成为设计的关键因素。
所以，IGBT损耗的计算是高功率电路设计的重要内容之一。
IGBT的计算主要包含以下步骤：1.确定IGBT的工作状态在IGBT电路中，由于器件的导通与截止会引起电路工作状况的不同，因此损耗的计算也应该区分导通和截止两种状态。
通常，为了保证IGBT的最大导通效率，前者工作于正常区间，而后者运行于饱和区间。
2.确定开关频率和时序在实际应用中，IGBT的开关频率不是固定的。
在开关过程中，由于开关时间和停留时间存在差异，因此开关频率和开关时序对IGBT的损耗具有很大影响。
决定损耗的因素包括IGBT的最高频率、电磁噪音、损耗曲线等。
3.计算IGBT的导通损耗导通损耗通常是由IGBT导通时由于电源的电阻而产生的热量导致的。
在计算导通损耗时，需要以实际的经验模型为基础，进行大量的电流、电压和温度的测试，得出实际损耗值。
4.计算IGBT的开关损耗在IGBT的开关过程中，由于机械运动和位移电容等因素造成的开关损耗，这部分损耗无法避免且很难直接测量。
5.损耗计算与分析以上四个步骤的计算结果，根据IGBT应用环境、工作状态和电路等因素，综合计算获得系统总损耗。
通过对得到的数据进行深入的分析和评估，可以进一步判断设计是否合理，进行优化。
试谈IGBT耗散功率计算
试谈IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算
不管是正常负荷依旧超负荷，IGBT安全工作必须确保结温
不超过。
一关于IGBT及损耗
IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为IGBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
通态损耗可通过稳态输出特性计算；
交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算。
二 IGBT（本部）耗散功率计算
1、通态功耗的计算
IGBT通态平均功耗是。
通态损耗近似是
PWM应用时，近似通态损耗。
2、开关损耗计算
开关损耗精确计算：测量开关过程中的波形，对其进行积分（积
分时刻是开通时刻或关断时刻）
开通损耗：
关断损耗：t
的积分面积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到：
实际上和可由交换损耗-集电极电流特性曲线来估算
大多数IGBT都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图：
依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到和，即可计算平均开关损耗：
3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和
三 IGBT(FWD-二极管部)功率损耗
四 VVVF变频器中IGBT模块的功耗计算。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法IGBT损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间：2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的IGBT损耗模型和基于数学结构的IGBT损耗模型。
基于物理结构的损耗模型通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT的特性，利用仿真软件仿真IGBT在各种工作情况下的电压、电流波形。
从而计算得到IGBT的损耗。
基于数学方法的IGBT损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。
然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。
IGBT 典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）如图1所示。
这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCEN为额定电流下的额定电压（由制造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。
二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为VFO 为门槛电压，典型值为0.7V。
图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。
假设电源的开关波形如图2所示。
图2 电源开关波形（1）功率损耗计算IGBT的功率损耗，首先来计算1个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图3所示。
图3 单个脉冲IGBT的功率损耗1）使用VCE(sat），VSIC特性曲线计算导通损耗，一般采用TJ=25℃时的特性曲线。
（3）2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。
干货 一文搞懂IGBT的损耗与结温计算
与大多数功率半导体相比，IGBT 通常需要更复杂的一组计算来确定芯片温度。
这是因为大多数IGBT 都采用一体式封装，同一封装中同时包含IGBT 和二极管芯片。
为了知道每个芯片的温度，有必要知道每个芯片的功耗、频率、θ 和交互作用系数。
还需要知道每个器件的θ 及其交互作用的psi 值。
本应用笔记将简单说明如何测量功耗并计算二极管和IGBT 芯片的温升。
损耗组成部分根据电路拓扑和工作条件，两个芯片之间的功率损耗可能会有很大差异。
IGBT 的损耗可以分解为导通损耗和开关（开通和关断）损耗，而二极管损耗包括导通和关断损耗。
准确测量这些损耗通常需要使用示波器，通过电压和电流探针监视器件运行期间的波形。
测量能量需要用到数学函数。
确定一个开关周期的总能量后，将其除以开关周期时间便可得到功耗。
图 1. TO−247 封装，显示了IGBT 芯片（左）和二极管芯片（右）图 2. IGBT 开通损耗波形将开通波形的电压和电流相乘，即可计算出该周期的功率。
功率波形的积分显示在屏幕底部。
这就得出了IGBT 开通损耗的能量。
功率测量开始和结束的时间点可以任意选择，但是一旦选定了一组标准，测量就应始终遵循这些标准。
IGBT导通损耗图 3. IGBT 传导损耗波形导通损耗发生在开通损耗区和关断损耗区之间。
同样应使用积分，因为该周期内的功率并不是恒定的。
图 4. IGBT 关断损耗波形开通、导通和关断损耗构成了IGBT 芯片损耗的总和。
关断状态损耗可以忽略不计，不需要计算。
为了计算IGBT 的总功率损耗，须将这三个能量之和乘以开关频率。
IGBT 损耗必须使用阻性负载或在负载消耗功率的部分周期内进行测量。
这样可消除二极管导通。
图 5. 二极管导通损耗波形FWD反向恢复图 6. 二极管反向恢复波形图 5 和图 6 显示了二极管在整流器或电抗模式下工作期间的电流和电压波形。
二极管损耗的计算类似于IGBT 损耗。
需要了解的是，损耗以半正弦波变化。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法IGBT损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间：2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的IGBT 损耗模型和基于数学结构的IGBT损耗模型。
基于物理结构的损耗模型通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT的特性，利用仿真软件仿真IGBT在各种工作情况下的电压、电流波形。
从而计算得到IGBT的损耗。
基于数学方法的IGBT损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。
然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。
IGBT 典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）如图1所示。
这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCEN为额定电流下的额定电压（由制造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。
二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为VFO 为门槛电压，典型值为0.7V。
图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。
假设电源的开关波形如图2所示。
图2 电源开关波形（1）功率损耗计算IGBT的功率损耗，首先来计算1个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图3所示。
图3 单个脉冲IGBT的功率损耗1）使用VCE(sat），VSIC特性曲线计算导通损耗，一般采用TJ=25℃时的特性曲线。
（3）2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。
电磁感应加热中的IGBT功率损耗
将电磁感应加热应用的IGBT功率损耗降至最低近年来，人们使用的电器产品数量不断增多，致使每个家庭内的总能耗稳步上升，不仅大多数西方国家是这样，新兴国家亦是如此。
与这些能耗相关的成本也已经增加，因为燃料资源变得更为紧缺，公用事业公司因此而涨价。
为了将从电网获得的功率提升至最高，并因此使电费账单支出受控及减少碳排放，付出更多努力来为室内环境开发更高能效的电器就至关重要了。
电磁感应加热炉具(以下简称“电磁炉”)使用电磁产生的热能来烹调，其能效比我们熟悉的标准家用电热锅高得多。
此外，由于是通过感应而非传导来产生热量，其安全性也被证实更高，因为任何人体部位置于炊具表面都不会被烧伤。
电磁感应加热的原理图1描绘了电磁感应加热应用使用的典型准谐振反激拓扑结构。
电磁能量产生并使用感应方式来传递至锅具。
然后在锅具中转变为热能，因而给锅具加热。
触发加热过程的感应涉及到使用二极管等未受控的开关器件来对相对低频的交流线路输入电压进行整流。
在20kHz至35kHz(有的可达40KHZ)之间的频率对整流电压进行开关，提供高频磁通量。
锅具充当耗散能量的磁心，将磁场转换为热能。
产生及传递此热能的主要组件就是锅具、电感、谐振电容及绝缘门双极晶体管(IGBT)。
图1：电磁炉的单端拓扑结构框图当要产生将热能传递给锅具所要求的磁场时，电感绕组的几何尺寸极为重要。
电感绕组为螺旋形，并在水平面彼此缠绕。
这种配置增加了磁通量的表面积，并使加热过程具有更高能效。
通过使用以相等间距布设在电感绕组周围的矩形铁氧体磁棒，进一步增强了锅具上这些磁通线的稠密度。
多个小型导体的使用将趋肤效应(skin effect)减至最小，并减小了线圈中的感抗(IR)损耗。
如图1所示，LR是空心电感，并没有跟传统铁磁心电感相同类型的损耗。
锅具必须采用磁性材料制造，使其能够充当磁心。
在电磁炉的开关频率范围内，锅具的厚度极大地影响磁心的能效，而涡电流损耗很大。
这些损耗将磁场转变为热能，在锅具中产生大量的热并烹调食物。
IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作必须确保结温T不超过Tj。
一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为I GBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
通态损耗可通过稳态输出特性计算；交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算。
二IGBT（本部）耗散功率计算1、通态功耗的计算IGBT通态平均功耗是P sat。
通态损耗近似是PsaPWM应用时，近似通态损耗P sat。
2、开关损耗计算开关损耗精确计算：测量开关过程中I C和形，对其进行积分（积分时间是开通时间T时间TOf）开通损耗：关断损耗：t积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到：实际上EO损耗-集电极电流特性曲线来估算大多数IGB T都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图：依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到，即可计算平均开关损耗：3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和三IGBT(FWD-二极管部)功率损耗四VVVF变频器中IGB T模块的功耗计算在SPWM调制的变频器中，IGBT的电流值及占空比经常变换，使得功耗计算很困难。
以下是估算公式：1每一个IG B T的平均通态损耗2 每一个IGB T的平均开关损耗3 每一个桥臂I GBT的总功耗4 反并联续流二极管的通态平均功耗5 每一个IGB T总功耗计算举例条件：IGBT：eupec公司型号：FZ1200R33KF2C开关频率20kHz;功率因素c0.8；SPWM变频器，400Kva,320kW。
IGBT损耗计算及其散热设计
PT：为器件的平均功耗（ ）；
TC：IGBT模块的基版温度，通过IGBT模块的接触热阻Rth(c-k)，可从散热器的设计温度或测量温度计算得到。这样就可以核算出设计的散热器是否合理，若Tj≤125℃，即为你的热设计合理。通常情况下，散热器的最高温度TK≤80℃时，结温Tj≤125℃就可以满足。
通常，IGBT的数据手册会给出E(on)、E(off)与IC的关系曲线，因此根据IGBT中流过的电流值，查曲线可得出E(on)、E(off)，再通过上述公式，可得到平均开关损耗，进而可得到每个IGBT的总平均功耗：
2.3
与IGBT反并联的续流二极管的损耗可以近似的通过数据手册中，查二极管的通态压降VF，与估算二极管的平均电流ID相乘得到，即：
IGBT损耗计算及其散热设计
1IGBT损耗分类1
2损耗计算1
2.1IGBT通态损耗计算2
2.2IGBT开关损耗计算2
2.3FWD的导通损耗2
2.4FWDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ开关损耗2
3英飞凌IPOSIM6中损耗计算方法2
4IGBT结温计算4
4.1热阻4
4.2结温计算4
5散热器设计5
6NTC电阻的使用5
6.1使用模拟方法用获得NTC测量的温度5
由于续流二极管的截止损耗占总损耗的一小部分，所以亦被忽略了。它也有同IGBT模块同样的限制。正向恢复过程导致了开通损耗，在快速二极管中这一损耗也是微不足道的，可以被忽略。续流二极管的导通损耗取决于:负载电流(正向导通特性曲线VF=f(IF))、结层温度、占空比；对于给定的同续流二极管换流的IGBT的参数和被忽略的寄生元素(LS)，关断损耗取决于:负载电流、直流母线电压、结层温度，开关频率，总损耗的计算公式如下:
如何计算IGBT的损耗和结温呢？
如何计算IGBT的损耗和结温呢？（IGBT）作为（电力电子）领域的核心元件之一，其结温Tj高低，不仅影响IGBT选型与设计，还会影响IGBT可靠性和寿命。
因此，如何计算IGBT的结温T j ，已成为大家普遍关注的焦点。
由最基本的计算公式T j =T a +R th(j-a) *Ploss可知，损耗Ploss和热阻R th(j-a) 是Tj计算的关键。
1. IGBT损耗Ploss计算基础知识图1 IGBT导通损耗和开关损耗示意图如上图1所示，IGBT的损耗Ploss主要分为导通损耗Pcond和开关损耗Psw两部分。
1.1 IGBT导通损耗PcondIGBT的导通损耗Pcond主要与（电流）I c 、饱和压降Vce和导通时间占空比D有关，如公式1所示：其中，电流I c (t)和占空比D(t)都是随时间变化的函数，而IGBT 饱和压降V ce (I c ,T j )，不仅与电流Ic大小，还与IGBT此时结温Tj相关，如下图2所示：图2 不同温度IGBT饱和压降示意图为简化计算，先将饱和压降V ce (I c ,T j )近似为Ic的线性函数V ce (I c )如公式2所示：其中，rT为近似曲线的斜率，即∆V ce /∆I c ，VT0为该曲线与X 轴的交点电压值。
图3 IGBT饱和压降随不同结温Tj的变化考虑到Vce与Tj近似线性的关系，如上图3所示，将Tj的影响因子加入公式（2），得到V ce (I c ,T j )饱和压降的线性函数，如公式（3）、（4）、（5）所示：其中，TCV和TCr分别为VT0和rT的温度影响因子，可根据25°C 和125°C（或150°C）两点温度计算而得。
基于上述思路，我们可以将IGBT的导通损耗Pcond计算出来。
1.2 IGBT开关损耗PswIGBT的开关损耗Psw主要与母线电压V cc 、电流I c 、开关频率f sw 、结温T j 、门级电阻Rg和回路电感Lce有关，如公式6所示：其中，Esw_ref为已知参考电压电流、门级电阻、温度Tj和回路电感下的损耗值，Ki为电流折算系数，Kv为电压折算系数，K(T j )为温度折算系数，K(R g )和K(L s )分别为门级电阻和回路电感的折算系数。
IGBT损耗计算
IGBT 损耗计算单元内部损耗主要由单元内部的IGBT 、整流桥、均压电阻、电解电容等产生，算出这些器件的损耗值便能算出单元的效率。
一、IGBT 损耗计算IGBT 的损耗主要分为IGBT 的通态损耗和开关损耗以及IGBT 中续流二极管的通态损耗和开关损耗，（1）IGBT 的通态损耗估算IGBT 的通态损耗主要由IGBT 在导通时的饱和电压Vce 和IGBT 的结热阻产生， IGBT 通态损耗的计算公式为：)38(cos )4(21_22ππIp Rthjc Ip Vce m Ip Rthjc Ip Vce igbt Pt +*++=φ式中：Pt-igbt----IGBT 的通态损耗功率（W ）Vce----IGBT 通态正向管压降（V ）Rthjc----IGBT 结热阻（K/W ）Ip----IGBT 通态时的电流（A ）m----正弦调制PWM 输出占空比cos φ----PWM 输出功率因数（2）IGBT 开关损耗计算IGBT 的开关损耗主要是由于IGBT 开通和关断过程中电流Ic 与电压Vce 有重叠，进而产生开通能耗Eon 和关断能耗Eoff ，IGBT 的开关能耗大小与IGBT 开通和关断时的电流Ic 、电压Vce 和芯片的结温有关， IGBT 开关能好的计算公式为：)(**1Eoff Eon f igbt Pk +=-π式中：Pk-igbt----IGBT 开关热损耗值（W ）f----IGBT 开关频率（Hz ）Eon----IGBT 单次接通脉冲的能量损耗（W ）Eoff----IGBT 单次关断脉冲的能量损耗（W ）（3）续流二极管通态损耗计算续流二极管在导通状态下存在正向导通压降Vf ，其大小由通过的电流和芯片的结温有关。
由于Vf 和结热阻的存在，当有电流通过时会生成二极管在通态状态下的损耗。
二极管在通态时的损耗计算公式为：)38(cos )4(21_22ππIp Rthjk Ip Vf m Ip Rthjk Ip Vf diode Pt +*-+=φ 式中：Pt-diode----续流二极管开关热损耗（W ）Vf----续流二极管通态正向管压降（V ）Ip----IGBT 通过续流二极管的运行电流（A ）m----正弦调制PWM 输出占空比cos φ----PWM 输出功率因数Rthjk----二极管结热阻（K/W ）（4）续流二极管开关损耗计算续流二极管的开关损耗主要由续流二极管恢复关断状态产生，其大小与正向导通时的电流、电流的变化率di/dt 、反向电压和芯片的结温有关。
igbt功耗计算
1IGBT 的驱动特性及功率计算陈暹辉深圳裕能达电气有限公司摘要：根据目前市场的使用情况，介绍IGBT 的驱动特性及不同功率计算。
关键词：开通损耗 关断损耗 栅极电阻 导通压降 短路时间1 IGBT 的驱动特性1.1 驱动特性的主要影响因素IGBT 的驱动条件与IGBT 的特性密切相关。
设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和d v /d t 引起的误触发等问题。
栅极电压 U ge 增加（应注意U ge 过高而损坏IGBT ），则通态电压下降（Eon 也下降），如图1所示(此处以200 A IGBT 为例)。
由图1中可看出，若U ge 固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高，如图1 a ，电流容量将随结温升高而减少（NPT 工艺正温度特性的体现）如图1b 所示。
（a ）Uge 与Uce 和Ic 的关系 （b ）Uge 与Ic 和Tvj 的关系图1 栅极电压U ge 与U ce 和T vj 的关系栅极电压 U ge 直接影响 IGBT 的可靠运行，栅极电压增高时有利于减小IGBT 的开通损耗和导通损耗，但同时将使IGBT 能承受的短路时间变短（10 μs 以下），使续流二极管反向恢复过电压增大，所以务必控制好栅极电压的变化范围，一般V ge 可选择在-10～+15 V 之间，关断电压-10 V ,开通电压+15 V 。
开关时U ge 与I g 的关系曲线见图2 a 和图2 b 所示。
栅极电阻R g 增加，将使IGBT 的开通与关断时间增加，使开通与关断能耗均增加,但同时，可以使续流二极管的反恢复过电压减小，同时减少EMI 的影响。
而门极电阻减少，则又使d i /d t 增大，可能引发IGBT 误导通，但是，当R g 减少时，可(a)开通时 (b)关断时 图2 开关时U ge 与 I g 的关系曲线以使得IGBT 关断时由d u /d t 所带来误触发的可能性减小，同时也可以提高IGBT 承受短路能量的能力,所以R g 大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。
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IGBT 耗散功率计算
不管是正常负荷依旧超负荷，IGBT安全工作必须确保结温
不超过。
一关于IGBT及损耗
IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为IGBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
通态损耗可通过稳态输出特性计算；
交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算。
二 IGBT（本部）耗散功率计算
1、通态功耗的计算
IGBT通态平均功耗是。
通态损耗近似是
PWM应用时，近似通态损耗。
2、开关损耗计算
开关损耗精确计算：测量开关过程中的波形，对其进行积分（积分时刻是开通时刻或关断时刻）
开通损耗：
关断损耗：t
的积分面积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗
是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到：
实际上和可由交换损耗-集电极电流特性曲线来估算
大多数IGBT都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图：
依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到和，即可计算平均开关损耗：
3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和
三 IGBT(FWD-二极管部)功率损耗
四 VVVF变频器中IGBT模块的功耗计算。