变 频 控 制 中 IGBTIPM 模 块 的 选 型 问 题
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
t
vEC
vout
iout
VEC
t
IEP : Max. peak emitter current =ICP
From application
IEP
iC
j
Power factor: cosj
From application
1-6
VEC @ IEP
From data-sheet
5) 续流二极管恢复损耗 (FWD recovery loss)
1-10
附录：三菱提供的IGBT-MODIPM功耗计算仿真软件
由于上述功耗计算是重点也是难点，三菱公司为此开发了一套关于 IGBT/IPM模块的功耗计算仿真软件，利用此软件便可方便地进行前述 的计算与判断。同时此仿真软件也给出了一些对设计人员进行设计判 断来说非常有用的参数曲线，如：在一定条件下，允许的最大负载峰 值电流随开关频率的变化情况，结温随峰值电流的变化情况，等等。 另外，计算出来的功耗还可用于进行散热器设计。 客户可从下列有关网站下载此计算仿真软件： 三菱电机半导体中文网站： /China/index.html
P ( Esw ( on ) Esw ( off ) ) f c sw
E
Esw(on) E
i
1
t
Tsw=1/fsw
i ICP ICP i
Esw(on) at ICP
From data-sheetsheet
fC : Carrier freq.
Rth(j-c)Q
ΔT(c-f)
功率模块的热等效电路
Rth(c-f)
Heat sink
1-8
ΔT(j-c)R
PD=PDC+Prr
Rth(j-c)R
关于功率模块的结温计算
1) IGBT结温 (junction temperature)
Tj (Q) Tf PQ Rth( j c)Q (PQ PD ) Rth(c f )
Tj(max) <150℃
为了选择模块，首先要搞清楚最恶劣工况下的应用条件：包括Vcc、 Icp、fsw(开关频率)、Tf(散热器温度)，等。
1-1
选型考虑要点1: 电气判据的限制
Switching SOA
i
IGBT/IPM容量的选择：
a) 集电极电流：Ic(rating) >1/2Icp Ic(rating) = Icp b) 集电极-发射极间电压： VCES > 集电极-发射极间的最大电压
P Err rr
E
Err iC
1
i
fc
Tsw=1/fsw
t
IEP
Recovery loss
Err at IEP
From data-sheet
fc: Carrier freq.
From application
6) 续流二极管总损耗： PD = PDC + Prr
1-7
ΔT(j-c)Q PQ=Pss+Psw
或直接敲入网址：https://www.semicon.melco.co.jp/dm/bin/u_als_form_c.pl
科菱机电（上海）有限公司 /keling/page/power/fangzhenrj.jsp
1-11
t
VC
E
vout
iout
VCE(sat)
ICP
ic
j
Power factor: cosj
From application
1-4
ICP : Max.peak collector current
From application
VCE(sat) @ICP
From data-sheet
2) IGBT开关损耗 (Switching loss)
2) FWD结温 (junction temperature)
Tj ( D) Tf PD Rth( j c) D (PQ PD ) Rth(c f )
结论：若Tj大于125，则说明模块容量不够，应选择大一级容量的 模块再重新上述计算；若Tj远小于125，则说明模块裕量较大，可 选择小一级容量的模块再重新上述计算；若Tj小于并接近125，则 说明模块选择得很合适。 需强调的是：前面所给的应用条件(若Vcc/Icp/fc等)应是最恶劣 工况下的条件。
(including any surge voltage between C-E)
2×IC(rating)
IC(rating)
Max. collector-emitter voltage : VCES > 3/2Vcc
600V
1200V
Vce
集电极-发射极(C-E)之间电压
由此可初选一模块，然后再根据具体 应用条件进行热计算，以便判断它是否满 足下述的热判据。
变 频 控 制 中 IGBT/IPM 模 块 的 选 型 问 题
1. 变频驱动应用中功率模块选型时的考虑要点
选型判据
VCC 负载马达 • 电气特性 (VCE, IC)
i(t)
• 热特性 ( Tj )
VCC = 直流母线电压 ICP = 最大输出电流峰值
ICP t
在开关安全工作区内 SOA( VCE vs. IC )
Temperature
• Step3:
Judge
通过比较计算所得的结温Tj与上述热判据来进行判断。
1-3
2. 关于功率模块的功耗计算 1) IGBT静态损耗 (Static loss)
1 1 PSS I CP VCE ( sat ) ( cos j ) 8 3
i
iout I CP sin( t )
1-9
功率模块选型判据总结
Rating of IPM
VCES IC Tj
Max. value
VCC 2 VCES 3
Recommend
VCES 2 VCC
I
(*) CP
(*) j
2 IC
150C T
IC I
(*) j
* CP
T
125C
Note（*） ： Under worst case
From application
3) IGBT总损耗 (total power loss)： PQ = Pss + Psw
1-5
4) 续流二极管导通损耗 (FWD conduction loss)
P DC I EP VEC
i
1 1 ( cos j ) 8 3
i,v
iout I EP sin( t )
1-2
选型考虑要点2: 热判据的限制
功率模块的热判据：Tj(max.)<150C Tj(max.)<125C
• Step1:根据模块的通态特性和开关特性计算IGBT和FWD的总功耗
Power loss
（包括通态损耗和开关损耗）；
此为重点也是难点！
• Step2:
根据总功耗和热阻计算结温Tj(IGBT)和Tj(FWD)；
vEC
vout
iout
VEC
t
IEP : Max. peak emitter current =ICP
From application
IEP
iC
j
Power factor: cosj
From application
1-6
VEC @ IEP
From data-sheet
5) 续流二极管恢复损耗 (FWD recovery loss)
1-10
附录：三菱提供的IGBT-MODIPM功耗计算仿真软件
由于上述功耗计算是重点也是难点，三菱公司为此开发了一套关于 IGBT/IPM模块的功耗计算仿真软件，利用此软件便可方便地进行前述 的计算与判断。同时此仿真软件也给出了一些对设计人员进行设计判 断来说非常有用的参数曲线，如：在一定条件下，允许的最大负载峰 值电流随开关频率的变化情况，结温随峰值电流的变化情况，等等。 另外，计算出来的功耗还可用于进行散热器设计。 客户可从下列有关网站下载此计算仿真软件： 三菱电机半导体中文网站： /China/index.html
P ( Esw ( on ) Esw ( off ) ) f c sw
E
Esw(on) E
i
1
t
Tsw=1/fsw
i ICP ICP i
Esw(on) at ICP
From data-sheetsheet
fC : Carrier freq.
Rth(j-c)Q
ΔT(c-f)
功率模块的热等效电路
Rth(c-f)
Heat sink
1-8
ΔT(j-c)R
PD=PDC+Prr
Rth(j-c)R
关于功率模块的结温计算
1) IGBT结温 (junction temperature)
Tj (Q) Tf PQ Rth( j c)Q (PQ PD ) Rth(c f )
Tj(max) <150℃
为了选择模块，首先要搞清楚最恶劣工况下的应用条件：包括Vcc、 Icp、fsw(开关频率)、Tf(散热器温度)，等。
1-1
选型考虑要点1: 电气判据的限制
Switching SOA
i
IGBT/IPM容量的选择：
a) 集电极电流：Ic(rating) >1/2Icp Ic(rating) = Icp b) 集电极-发射极间电压： VCES > 集电极-发射极间的最大电压
P Err rr
E
Err iC
1
i
fc
Tsw=1/fsw
t
IEP
Recovery loss
Err at IEP
From data-sheet
fc: Carrier freq.
From application
6) 续流二极管总损耗： PD = PDC + Prr
1-7
ΔT(j-c)Q PQ=Pss+Psw
或直接敲入网址：https://www.semicon.melco.co.jp/dm/bin/u_als_form_c.pl
科菱机电（上海）有限公司 /keling/page/power/fangzhenrj.jsp
1-11
t
VC
E
vout
iout
VCE(sat)
ICP
ic
j
Power factor: cosj
From application
1-4
ICP : Max.peak collector current
From application
VCE(sat) @ICP
From data-sheet
2) IGBT开关损耗 (Switching loss)
2) FWD结温 (junction temperature)
Tj ( D) Tf PD Rth( j c) D (PQ PD ) Rth(c f )
结论：若Tj大于125，则说明模块容量不够，应选择大一级容量的 模块再重新上述计算；若Tj远小于125，则说明模块裕量较大，可 选择小一级容量的模块再重新上述计算；若Tj小于并接近125，则 说明模块选择得很合适。 需强调的是：前面所给的应用条件(若Vcc/Icp/fc等)应是最恶劣 工况下的条件。
(including any surge voltage between C-E)
2×IC(rating)
IC(rating)
Max. collector-emitter voltage : VCES > 3/2Vcc
600V
1200V
Vce
集电极-发射极(C-E)之间电压
由此可初选一模块，然后再根据具体 应用条件进行热计算，以便判断它是否满 足下述的热判据。
变 频 控 制 中 IGBT/IPM 模 块 的 选 型 问 题
1. 变频驱动应用中功率模块选型时的考虑要点
选型判据
VCC 负载马达 • 电气特性 (VCE, IC)
i(t)
• 热特性 ( Tj )
VCC = 直流母线电压 ICP = 最大输出电流峰值
ICP t
在开关安全工作区内 SOA( VCE vs. IC )
Temperature
• Step3:
Judge
通过比较计算所得的结温Tj与上述热判据来进行判断。
1-3
2. 关于功率模块的功耗计算 1) IGBT静态损耗 (Static loss)
1 1 PSS I CP VCE ( sat ) ( cos j ) 8 3
i
iout I CP sin( t )
1-9
功率模块选型判据总结
Rating of IPM
VCES IC Tj
Max. value
VCC 2 VCES 3
Recommend
VCES 2 VCC
I
(*) CP
(*) j
2 IC
150C T
IC I
(*) j
* CP
T
125C
Note（*） ： Under worst case
From application
3) IGBT总损耗 (total power loss)： PQ = Pss + Psw
1-5
4) 续流二极管导通损耗 (FWD conduction loss)
P DC I EP VEC
i
1 1 ( cos j ) 8 3
i,v
iout I EP sin( t )
1-2
选型考虑要点2: 热判据的限制
功率模块的热判据：Tj(max.)<150C Tj(max.)<125C
• Step1:根据模块的通态特性和开关特性计算IGBT和FWD的总功耗
Power loss
（包括通态损耗和开关损耗）；
此为重点也是难点！
• Step2:
根据总功耗和热阻计算结温Tj(IGBT)和Tj(FWD)；