功率型二极管能力损耗估算

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可靠性降额设计规范

可靠性降额设计规范


正向电压:±10% 稳定电压:±2%(适用于稳压二极管) 反向漏电流:+200% 恢复和开关时间:+20%
可控硅
• 可控硅又称闸流管,是以硅单晶为主要材料制成的包括三个P-N结的双 稳态半导体器件。 高温是对可控硅破坏性最强的应力,所以对可控硅的额定平均通态 电流和结温必须进行降额;电压击穿是导致可控硅失效的另一主要因 素,所以可控硅的电压也需降额。 应用指南: 不允许控制极─阳极间电位低于额定值。 超过正向最大电压或反向阻断电压,可使器件突发不应有的导通。应 保证“断态”电压与瞬态电压最大值之和不超过额定的阻断电压。 为保证电路长期可靠的工作,设计应允许可控硅主要参数的设计参数 容差为: 控制极正向电压降:±10% 漏电流:+200% 开关时间:+20%
• • •
电阻器
• • • • 合成型电阻器 合成型电阻器件体积小,过负荷能力强,但它们的阻值稳定性差,热和电流 噪声大,电压与温度系数较大。 合成型电阻器的主要降额参数是环境温度、功率和电压。 应用指南:
• 合成型电阻器为负温度和负电压系数,易于烧坏。因此限制其电压是 必须的。 • 在潮湿环境下使用的合成型电阻器,不宜过度降额。否则潮气不能挥 发将可能使电阻器变质失效。 • 热点温度过高可能导致合成型电阻器内部的电阻材料永久性损伤。 • 为保证电路长期工作的可靠性,电路设计应允许合成型电阻器有±15 %的阻值容差.
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固定云母电容器 云母电容器具有损耗因子小,绝缘电阻大,温度、频率稳定性、耐热性好的 特点。但非密封云母电容器耐潮性差。 云母电容降额的主要参数是工作电压和环境温度。 应用指南: 使用中云母电容器的直流电压与交流峰值电压之和不得超过降额后的直流工 作电压。 在交流电路工作时,交流电压最大值不应超过元件相关详细规范的规定。 电容器在脉冲电路中工作时,脉冲电压峰值不应超过元件的额定直流工作电 压。 电容器温度为环境温度与交流负载引起的外壳温升之和。 为保证电路长期可靠的工作,设计应允许电容器电容有±0.5%的容差。 在高频电路中,通过电容器的电流不应超过公式1的计算值: 式中:I──电流,A; f──频率,; K──系数,通常K=2.

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。

Boost变换器中SiC与IGBT模块热损耗对比

Boost变换器中SiC与IGBT模块热损耗对比

Boost变换器中SiC与IGBT模块热损耗对比研究*Study on heat loss of SiC and IGBT modules in boost converter伍 丰1,2,张灵芝1,2,蒋逢灵1,2 (1.湖南铁路科技职业技术学院,湖南株洲 412006;2.湖南省高铁运行安全保障工程技术研究中心,湖南株洲 412006)摘 要:针对Boost变换器中SiC(碳化硅)与IGBT模块热损耗问题,给出了Boost电路中功率模块热损耗的估算方法,并提供了具体的估算公式。

以30 kW DC/DC变换器为研究对象,对功率模块在不同工作频率下的损耗进行了理论计算、PLECS仿真和试验验证对比分析。

PLECS仿真和试验验证的结果不仅证明了估算公式的正确性,还直观的体现了SiC和IGBT两类模块在不同开关频率下工作的热损耗趋势。

从文中可以看出,使用SiC替代IGBT可以显著地提高变换器的工作频率和功率密度。

关键词:Boost变换器;SiC模块;IGBT模块;热损耗*基金项目:湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(20B393)0 引言功率模块相对于小功率的分立器件,具有更大的体积和功率,因此常用于大功率电能变换器领域,在大功率DC/DC变换器行业,虽然Si IGBT模块仍然占据了统治地位,但随着碳化硅(SiC)模块技术和工艺的逐步成熟,SiC模块将会逐步替换原来的Si IGBT;原因在于SiC模块具有宽禁带、耐高温、耐高压和低损耗的优点,根据行业统计数据,SiC模块的关断损耗比Si IGBT减小88%,开通损害降低34%,单位面积的导通阻抗更小(硅IGBT的1/3~1/5),且具有更快开关速度(硅IGBT的5~20倍),同时还具备高温工作能力(SiC器件的电路可在500℃下稳定工作),SIC模块与其他主要类型功率器件参数对比表如表1所示[1]。

表1 主要类型功率器件与SiC参数对比表参数名称SiC Si IGBT禁带宽度(eV)3.261.12电子迁移率(cm2/Vs)10001350击穿场强(MV/cm)2.80.3饱和电子漂移速度(cm/s)2x1071x107热导率(W/cmK)4001从表1中的数据可以看出,SiC禁带宽度、击穿场强、热导率等性能都远强于Si IGBT。

DC-DC内部功耗计算

DC-DC内部功耗计算

影响开关模式、DC-DC转换器效率的主要原因(转)2010-04-07 16:55影响开关模式、DC-DC转换器效率的主要因,本文详细介绍了开关电源(SMPS)中各个元器件损耗的计算和预测技术,并讨论了提高开关调节器效率的相关技术和特点。

概述效率是任何开关电源(SMPS)的重要指标,特别是便携式产品,延长电池使用寿命是一项关键的设计目标。

对于空间受限的设计或者是无法投入成本解决功率耗散问题的产品,高效率也是改善系统热管理的必要因素。

SMPS设计中,为获得最高转换效率,工程师必须了解转换电路中产生损耗的机制,以寻求降低损耗的途径。

另外,工程师还要熟悉SMPS IC的各种特点,以选择最合适的芯片来达到高效指标。

本文介绍了影响开关电源效率的基本因素,可以以此作为新设计的准则。

我们将从一般性介绍开始,然后针对特定的开关元件的损耗进行讨论。

效率估计能量转换系统必定存在能耗,虽然实际应用中无法获得100%的转换效率,但是,一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平,效率接近95%。

绝大多数电源IC的工作效率可以在特定的工作条件下测得,数据资料中给出了这些参数。

Maxim的数据资料给出了实际测试得到的数据,其他厂商也会给出实际测量的结果,但我们只能对我们自己的数据担保。

图1给出了一个SMPS降压转换器的电路实例,转换效率可以达到97%,即使在轻载时也能保持较高效率。

采用什么秘诀才能达到如此高的效率?我们最好从了解SMPS损耗的公共问题开始,开关电源的损耗大部分来自开关器件(MOSFET和二极管),另外小部分损耗来自电感和电容。

但是,如果使用非常廉价的电感和电容(具有较高电阻),将会导致损耗明显增大。

选择IC时,需要考虑控制器的架构和内部元件,以期获得高效指标。

例如,图1采用了多种方法来降低损耗,其中包括:同步整流,芯片内部集成低导通电阻的MOSFET,低静态电流和跳脉冲控制模式。

我们将在本文展开讨论这些措施带来的好处。

功率肖特基二极管

功率肖特基二极管

功率肖特基二极管功率肖特基二极管是一种特殊的二极管,其具有较高的工作频率能力和较低的开关损耗,被广泛应用于功率控制和高频电路中。

在本文中,我们将介绍功率肖特基二极管的工作原理、特点以及应用领域。

一、工作原理功率肖特基二极管由肖特基结和PN结组成。

肖特基结由金属与半导体P型材料形成,具有低电压降、快速开关速度和较低的逆向恢复时间等特点。

PN结则具有常见二极管的特征,用于电流的整流和导通控制。

当正向偏置时,PN结导通,而肖特基结截止;当反向偏置时,PN结截止,而肖特基结导通。

这种结构使得功率肖特基二极管能够在高频率和高电流下工作。

二、特点1. 快速开关速度:由于肖特基结的特殊结构,功率肖特基二极管具有快速的开关速度,可以实现高频率的开关操作。

2. 低电压降:功率肖特基二极管的正向电压降较低,可以减少能量损耗和发热,提高系统效率。

3. 低逆向恢复电荷:肖特基结的逆向恢复时间较短,减少了开关过程中的失真和损耗。

4. 高温工作能力:功率肖特基二极管具有较高的耐温能力,可以在高温环境下正常工作。

三、应用领域由于功率肖特基二极管的特点,它在许多领域中得到了广泛应用。

1. 电源管理:功率肖特基二极管可以用于电源开关、DC-DC转换器等电源管理应用中,提高电源的效率和稳定性。

2. 电动工具:由于功率肖特基二极管的快速开关速度和低电压降,它可以用于电动工具中的开关电路,提高工具的性能和使用寿命。

3. 电动汽车:功率肖特基二极管可以用于电动汽车的电源管理和电动驱动系统中,提高电池的充放电效率和车辆的续航里程。

4. 通信设备:功率肖特基二极管可以用于无线通信设备的功率放大器和射频开关等电路中,提高通信系统的传输速度和稳定性。

5. 太阳能发电:功率肖特基二极管可以用于太阳能发电系统中的光伏逆变器,将太阳能转换为可用的电能。

总结:功率肖特基二极管是一种具有快速开关速度、低电压降和低逆向恢复电荷的特点的二极管。

它在电源管理、电动工具、电动汽车、通信设备和太阳能发电等领域得到了广泛应用。

开关电源8大损耗,讲的太详细了

开关电源8大损耗,讲的太详细了

开关电源8大损耗,讲的太详细了能量转换系统必定存在能耗,虽然实际应用中无法获得100%的转换效率,但是,一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平,效率接近95%。

绝大多数电源IC 的工作效率可以在特定的工作条件下测得,数据资料中给出了这些参数。

一般厂商会给出实际测量的结果,但我们只能对我们自己的数据担保。

图1 给出了一个SMPS 降压转换器的电路实例,转换效率可以达到97%,即使在轻载时也能保持较高效率。

采用什么秘诀才能达到如此高的效率?我们最好从了解SMPS 损耗的公共问题开始,开关电源的损耗大部分来自开关器件(MOSFET 和二极管),另外小部分损耗来自电感和电容。

但是,如果使用非常廉价的电感和电容(具有较高电阻),将会导致损耗明显增大。

选择IC 时,需要考虑控制器的架构和内部元件,以期获得高效指标。

例如,图1 采用了多种方法来降低损耗,其中包括:同步整流,芯片内部集成低导通电阻的MOSFET,低静态电流和跳脉冲控制模式。

我们将在本文展开讨论这些措施带来的好处。

图1. 降压转换器集成了低导通电阻的MOSFET,采用同步整流,效率曲线如图所示。

降压型SMPS损耗是任何SMPS 架构都面临的问题,我们在此以图2 所示降压型(或buck)转换器为例进行讨论,图中标明各点的开关波形,用于后续计算。

降压转换器的主要功能是把一个较高的直流输入电压转换成较低的直流输出电压。

为了达到这个要求,MOSFET 以固定频率(f S),在脉宽调制信号(PWM)的控制下进行开、关操作。

当MOSFET 导通时,输入电压给电感和电容(L 和C OUT)充电,通过它们把能量传递给负载。

在此期间,电感电流线性上升,电流回路如图2 中的回路1 所示。

当MOSFET 断开时,输入电压断开与电感的连接,电感和输出电容为负载供电。

电感电流线性下降,电流流过二极管,电流回路如图中的环路2 所示。

MOSFET 的导通时间定义为PWM 信号的占空比(D)。

电子技术复习题

电子技术复习题

第一章二极管及直流稳压电源一、填空题1.二极管P区接电位端,N区接电位端,称正向偏置,二极管导通;反之,称反向偏置,二极管截止,所以二极管具有性。

2.二极管按PN结面积大小的不同分为点接触型和面接触型,型二极管适用于高频、小电流的场合,型二极管适用于低频、大电流的场合。

3.普通二极管工作时通常要避免工作于,而稳压管通常工作于。

4.单相电路用来将交流电压变换为单相脉动的直流电压。

5.直流电源中,除电容滤波电路外,其它形式的滤波电路包括、等。

6.W7805的输出电压为,额定输出电流为;W79M24的输出电压为,额定输出电流为。

7.开关稳压电源的调整管工作在状态,脉冲宽度调制型开关稳压电源依靠调节调整管的的比例来实现稳压。

8.发光二极管能将电信号转换为信号,它工作时需加偏置电压;光电二极管能将信号转换为电信号,它工作时需加偏置电压9.判断大容量电容器的质量时,应将万用表拨到挡,倍率使用。

当万用表表笔分别与电容器两端接触时,看到指针有一定偏转,并很快回到接近于起始位置的地方,则说明该电容器;如果看到指针偏转到零后不再返回,则说明电容其内部。

二、判断题(填“是”或“否”)1.加在二极管两端的反向电压高于最高反向工作电压时,二极管会损坏。

()2.稳压二极管在电路中只能作反向连接。

()3.电容滤波电路适用于小负载电流,而电感滤波电路适用于大负载电流。

()4.在单相桥式整流电容滤波电路中,若有一只整流管断开,输出电压平均值变为原来的一半。

()5.二极管的反向漏电流越小,其单向导电性能就越好。

()三、选择题1.下列符号中表示发光二极管的为()。

A. B. C. D.2.从二极管伏安特性曲线可以看出,二极管两端压降大于()时处于正向导通状态A.0 B.死区电压 C.反向击穿电压 D.正向压降3.用万用表欧姆挡测量小功率二极管性能好坏时,应把欧姆挡旋到()位置A.Ω B.Ω C.Ω D.Ω4.直流稳压电源中滤波电路的作用是()。

CCM BOOST PFC电路设计浅析

CCM BOOST PFC电路设计浅析

CCM BOOST PFC电路设计浅析——Xia Jun 2010-8-5抛砖引玉,本文仅以最常用的PFC拓扑来探讨电源设计的合理方法,让电源设计尽可能变得透明,科学和合理,最大限度的提高产品开发效率,降低系统设计风险。

当然由于本人水平有限,思考和总结的东西不见得就一定正确,更多的是从工程的角度激发一下大家的思维,用工程的方法去设计产品,好过用经验的方法设计产品。

很多工程师在产品设计当中都有很多的困惑,电路拓扑我都有所了解,但是如何能够根据客户的需求设计出好的产品?大多数时候我们都是在抄袭和模仿,或者根据IC厂家的典型设计进行简单的更改,我们会设计简单的变压器,电感,会根据经验选择电阻,电容,二极管,MOSFET等器件,我们知其然(因为别人就是这么做的),但不知其所以然(因为缺少科学的工程方法)。

别人的方案不一定适合我们的产品,别人的经验也不一定正确,如果我们不能用工程的方法加以归纳,总结和提炼,那么永远只能跟在别人的后面,差距越来越大。

首先,我们要考虑的是,客户的需求是什么?产品的功率等级?输入范围?输出范围?要满足哪些标准?体积?成本(价格)?效率?开发周期?以小功率等级而论(200W以下),DCM BOOST PFC电路显然更为合适,可以较好的兼顾到指标,体积和成本,MOSFET零电流开通,无需任何辅助电路即可实现软开通,二极管零电流关断,用普通的Ultra-fastrecovery二极管即可基本消除反向恢复问题,由于每一个开关周期中,电感电流都会从零开始,再归于零,没有直流偏置问题,可以用铁氧体磁芯代替昂贵的铁硅铝等粉芯类磁环,降低成本,缩小体积,提高效率,同时IC厂家的解决方案丰富,开发周期短。

如果到了中小功率等级(200W~400W),BCM BOOST PFC电路则更为合适,临界导通模式,既有DCM的优点,又可以克服其一些缺点,同时由于是变频控制,EMI的频谱很宽,单个频率点的能量幅值就小得多(在定频控制中,所有的能量都集中在开关频率的基波,二次谐波,三次谐波等谐波频率点上,所以幅值很大),电磁兼容性设计会更容易解决。

干货 一文搞懂IGBT的损耗与结温计算

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。

二极管w1参数

二极管w1参数

二极管w1参数1.引言1.1 概述在现代电子技术中,二极管是一种常见而重要的电子元件。

它由P型和N型半导体材料组成,具有只允许电流在一个方向流动的特性。

二极管的作用十分广泛,被用于电源、整流、放大、调制、开关等各种电路中。

本文将重点关注二极管的w1参数。

w1参数是指二极管的截止频率,它是评估二极管高频性能的重要指标。

在高频电路中,二极管的性能对于信号的处理和传输起着至关重要的作用。

因此,通过研究和理解二极管的w1参数,我们能够更好地优化电路设计,提高电子系统的整体性能。

在接下来的文章中,我们将首先介绍二极管的基本概念,包括其结构、工作原理和常见的分类。

随后,我们将重点讨论二极管的w1参数。

我们将解释w1参数的定义和计算方法,并探讨其与二极管的其他性能指标之间的关系。

通过深入了解w1参数,我们能够更好地理解二极管的高频特性以及其在不同电路中的应用。

最后,我们将总结二极管w1参数的重要性,并展望未来对于二极管研究的发展方向。

随着科技的不断进步,人们对于高频电子器件的需求也越来越高。

因此,深入研究二极管的w1参数将对未来电子技术的发展产生积极的影响。

通过本文的阅读,读者将能够了解二极管的基本概念和w1参数,并对二极管在高频电路中的应用有更深入的认识。

相信这对于电子工程师和相关领域的研究人员来说都将是一份有价值的参考资料。

接下来,我们将开始介绍二极管的基本概念。

1.2文章结构文章结构在本文中,我们将按照以下结构展开讨论二极管的w1参数。

首先,在引言部分,我们将概述本文的研究内容以及文章的目的。

接下来,正文将分为两个主要部分。

第一部分(2.1节)将介绍二极管的基本概念,包括其结构、原理和常见应用。

第二部分(2.2节)将详细讲解二极管的w1参数,包括该参数的定义、测量方法和与二极管性能关联的重要性。

最后,在结论部分,我们将总结二极管的w1参数的重要性,并展望未来二极管研究的发展方向。

通过这样的结构安排,我们将全面地介绍和探讨二极管的w1参数,希望能给读者带来深入的理解和启发。

整流二极管热量计算

整流二极管热量计算

整流二极管热量计算1. 引言1.1 背景介绍整流二极管是电子元件的一种,广泛应用于电源和电路中。

在工作过程中,整流二极管会不可避免地产生热量,这种热量会对整流二极管的性能和寿命产生影响。

研究整流二极管的热量计算方法对于优化电路设计、提高整流二极管的工作效率具有重要意义。

随着电子产品的不断发展,对于整流二极管热量的研究也越来越重要。

通过准确计算整流二极管产生的热量,可以有效预防因过热导致的损坏或性能下降。

合理设计散热系统,有效降低整流二极管的工作温度,提高整流二极管的可靠性和稳定性。

本文将介绍整流二极管热量的产生机理和计算方法,通过实际案例分析热量计算过程,探讨影响热量的因素与散热方式。

希望通过这些内容的研究,能够提高对整流二极管热量问题的认识,为未来电子产品的设计与应用提供参考。

1.2 问题提出整流二极管在电子设备中扮演着至关重要的作用,但同时也会产生大量的热量。

问题在于如何有效地计算和管理这些热量,以确保设备正常运行并防止过热导致损坏。

当前关于整流二极管热量计算的研究还存在着一些问题,比如计算方法的准确性和有效性以及热量对设备寿命和性能的影响等方面尚未得到全面的探讨。

有必要深入研究整流二极管热量计算的方法和影响因素,以及探讨如何更好地管理和散热这些热量,从而提高电子设备的性能和稳定性。

【200字】1.3 研究意义整流二极管热量的产生是一个不可忽视的问题,随着电子设备的不断发展和智能化,整流二极管在工作过程中会产生大量的热量。

研究整流二极管热量的计算方法,可以帮助我们更好地了解整流二极管的热特性,为电子设备的设计和使用提供更为科学合理的依据。

研究整流二极管热量计算的意义在于,可以有效地评估整流二极管在工作过程中的热量产生情况,为设备的散热设计提供数据支持。

通过深入研究整流二极管的热量计算方法,可以为节能减排、提高设备性能、延长电子设备的使用寿命等方面提供有力的支持。

研究整流二极管热量计算方法还可以为相关领域的研究提供借鉴和参考,促进整流二极管热量计算技术的发展和应用。

T型三电平与二极管箝位型三电平导通损耗的对比

T型三电平与二极管箝位型三电平导通损耗的对比

T型三电平与二极管箝位型三电平导通损耗的对比T型三电平和二极管箝位型三电平均是现代高功率变流器中常用的多电平拓扑结构。

它们都可以有效降低变流器中的谐波,提高输出电压质量和效率。

但两种结构的损耗和产生方式不同。

本文将比较T型三电平和二极管箝位型三电平导通损耗方面的特点。

1、T型三电平T型三电平是一种基于双向开关的多电平拓扑结构,其中并联的三个电容器能够使输出电压具有三个电平。

T型结构使得每个开关在两个电平之间切换,且每个开关开通或关闭的时间不同。

这使得变流器输出电压具有不同电平,从而有助于减小输出电压和电流中的谐波。

由于T型三电平的工作原理,每个开关交替工作时,将产生导通损耗和关断损耗。

其中,导通损耗主要与开关的导通电阻、电流和电压有关,而开关的关断损耗主要由于反馈电容内的能量无法立即释放而产生。

此外,T型三电平使用的开关器件需要有更高的电压和电流承受能力。

2、二极管箝位型三电平二极管箝位型三电平也称为CLS电路,其基本结构为在一个半桥拓扑结构中,加入两个二极管和两个中点箝位电容器。

当一个半桥中的开关IGBT导通时,箝位电容器充电,同时其它半桥中的开关和二极管组成的箝位回路将箝位电容器放电。

这种结构的关键在于,当IGBT关闭时,箝位电容器能够保持电压不变,因此输出电压具有三个电平。

与T型三电平相比,二极管箝位型三电平使用的开关器件可以是低压低电流型,能够更好的适应各类工业设备。

在导通损耗方面,二极管箝位型三电平的导通损耗主要与开关的导通电阻和二极管的倒向电流有关,而关断损耗则主要由于反馈电容器内能量的释放。

3、对比从导通损耗的对比来看,由于T型三电平需要高压和高电流承受能力的开关器件,因此其导通损耗要大于二极管箝位型三电平,而箝位型三电平中使用的开关器件可以是小尺寸、低耗组件,导通损耗相对较小。

此外,箝位型三电平也具有较低的应用成本,更易于应用于工业设备。

总之,T型三电平和二极管箝位型三电平均是实现多电平拓扑结构的有效方式,两种结构均可在减小输出电压和电流中的谐波方面发挥重要作用。

功率二极管

功率二极管

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功率二极管
正向压降UF
➢ 指功率二极管在指定温度下,流过某一指定的稳态正向 电流时对应的正向压降
反向重复峰值电压URRM
➢ 指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压 ➢ 通常是其雪崩击穿电压UB的2/3 ➢ 使用时,往往按照电路中功率二极管可能承受的反向最
高峰值电压的1.5倍左右来选定该值
金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管,称为 肖特基势垒二极管,简称肖特基二极管 肖特基二极管的特点
反向恢复时间10~40ns,正向恢复过程无明显电压过冲 正向压降一般在0.5V左右 开关损耗和导通损耗比快速二极管小,效率高 反向耐压一般较低,多用于200V以下 反向漏电流较大且对温度敏感,须严格限制其工作温度
Sr=tf/td 同等条件下,Sr大则URP较小
9
功率二极管的关断过程
功率二极管
功率二级管主要参数
正向平均电流 IF(AV)
即额定电流,在指定的管壳温度(简称壳温,用TC表示) 和散热条件下,允许流过的最大工频正弦半波电流的平 均值 实际应用按有效值相等的原则来选取电流定额,并应留
有一定的裕量。
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课堂思考
常用二极管的分类,不同的工作频率下如何正确选用不同 类别的二极管?
肖特基二极管与快恢复二极管有何区别?在什么情况下优 选肖特基二极管?
了解二极管正向恢复特性、反向恢复特性,正确理解恢复 过程对后续负载电路的影响。
了解二极管的额定电流定义,如何正确选择二极管额定电 流指标?
了解二极管的额定电压定义,如何正确选择二极管的额定 电压指标?
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功率二极管
定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形 系数,用Kf表示,即
电流有效值 Kf 电流平均值

新型功率半导体SiC器件技术综述

新型功率半导体SiC器件技术综述

新型功率半导体SiC器件技术综述与传统功率半导体相比,碳化硅(SiC)及氮化镓(GaN)等新一代功率半导体具有高频、损耗较小的特点,其应用有助于开发新一代高效率、高开关频率、高结温、高功率密度的电力电子变流器。

本文讲述了传统功率半导体发展以及特性,详细介绍了碳化硅(SiC))的材料特性与发展,以及新型功率半导体在新能源汽车,轨道交通领域的应用。

标签:碳化硅;碳化硅MOSFET;功率半导体Abstract Compared with the traditional power semiconductors,silicon carbide (SiC)and gallium nitride(GaN)such as a new generation of power semiconductors has the characteristics of high working frequency,its application will help to develop a new generation of high efficiency,high switching frequency,high junction temperature,high power density of the power electronics converter. In this paper,the development and characteristics of traditional power semiconductors are described,and then the material properties and development of silicon carbine(SiC)and the application of new power semiconductors are introduced in detail. Finally,the application of the new power devices in electric vehicle,rail transportation is introduced.keywords:Silicon carbide(SiC),Silicon carbide MOSFET,power device1 引言功率半导体器件(Power Semiconductor Device),也可以叫做电力半导体器件,或者电力电子器件,属于电力电子技术的范畴。

IGBT模块参数详解四-二极管参数

IGBT模块参数详解四-二极管参数

IGBT模块参数详解四-二极管参数该部分描述IGBT模块中反并联续流二极管的电气特性。

当功率二极管外加电压由反向突然变为正向时,由于PN结两端要建立起足够的电荷梯度后才开始有扩散电流形成,因此正向电流的建立要稍微滞后于外加电压,但这个滞后时间很短,常可忽略不计。

当功率二极管外加电压出正向突然变为反向时,由于PN结导通时其两端存在的电荷梯度,使PN结上存储有一定数量的存储电荷,PN结由导通转换为截止时必须将这些电荷释放出去,所以会有较大的反向瞬间电流产生。

随着存储电荷的消散,这个反向电流迅速衰减至反向饱和电流Is,PN结进入反向阻断状态。

功率二极管从外加反向电压到进入反向阻断状态这段过渡过程时间称为反向恢复时间trr。

依据反向恢复时间trr的长短,功率二极管可分为普通型、快恢复型和超快恢复型。

反向恢复时间trr的值越小,二极管的工作频率上限就可以越高。

功率二极管的主要参数:(1)正向平均电流I fav。

I fav指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下,允许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值I fav。

也称为二极管的额定电流。

正向平均电流I fav是按照电流的发热效应而定义的,如果实际使用中,功率二极管上的电流并非正弦半波电流,则应根据发热效应相等原则,即有效值相等的原则来选择功率二极管。

对于正弦半波电流,其平均值与有效值之间的关系为故应按照流过功率二极管的实际电流波形有效值,以其有效值等于1.57I fav的关系选择功率二极管。

(2) 正向电流I F特性I F:二极管正向导通电流,续流二极管在规定的结温范围内,从阳极流向阴极的最大电流。

I E:在内置续流二极管可使用的结温范围内,从发射极流向集电极的最大允许直流电流。

二极管最大允许正向导通电流可以由下式进行标定。

为了给一个IGBT模块制定二极管电流等级,需要规定相应的结和壳的温度,如下图所示。

抛开温度条件的限定,额定电流能力是没有技术意义的。

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AN604Application note Calculation of conduction losses in a power rectifierIntroductionThis application note explains how to calculate conduction losses in a power diode by takinginto account the forward voltage dependence on temperature and the current waveform.The ideal current and voltage waveforms of an ultrafast diode in a power supply systemduring a switching cycle are shown in Figure 1.Figure 1.Ideal current and voltage waveforms of a diode in a switch mode powerThe conduction losses in a diode appear when the diode is in forward conduction mode dueto the on-state voltage drop (V F). Most of the time the conduction losses are the maincontributor to the total diode power losses and the junction temperature rising. This is thereason why it is important to accurately estimate them.August 2011Doc ID 3607 Rev 31/12Contents AN604Contents1Diode forward characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1Junction temperature dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2Diode forward characteristics modeling: V T0(T j), R D(T j) . . . . . . . . . . . . . . . 32Conduction losses: basic equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1Application parameters: average and rms currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63An application example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1Average and rms current calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2V T0 (T j) and R D (T j) calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3Conduction losses expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112/12Doc ID 3607 Rev 3Doc ID 3607 Rev 33/121Diode forward characteristics1.1Junction temperature dependenceFor two different junction temperatures, the current versus forward voltage curves cross at a current level point I c , depending on the diode technology. When the current is lower than I c , the temperature coefficient αVF of the forward voltage is negative. When the current is higher, the temperature coefficient becomes positive. This behavior is shown in Figure 2. For Schottky and bipolar diodes, I c is high and the working area corresponds to αVF < 0. For SiC and GaN technologies, I c is low and the αVF can be positive or negative. When of αVF < 0, the forward voltage and the conduction losses decrease when the junction temperature increases.1.2Diode forward characteristics modeling: V T0(T j ), R D (T j )Forward characteristics (I F and V F ) can be modeled by a straight line defined by a threshold voltage V T0, and a dynamic resistance R D . V T0 and R D are calculated for 2 forward current levels (I F1, I F2) for a given junction temperature as shown in Figure 3. Thus we can write:Equation 1Equation 2Using Equations 1 and 2, we obtain V T0(T j ) and R D (T j ) expressions:1F j D j T0j 1F F I )(T R )(T V )T ,(I V ⋅+=2F j D j T0j 2F F I )(T R )(T V )T ,(I V ⋅+=V T0 and R D are given in each ST diode datasheet. In most cases they are calculated at125°C with maximum V F values for I F1 = I F(AV) and I F2 = 2· I F(AV), where I F(AV) is theaverage forward current rating of the diode. For a quick calculation these values can beused. For more accurate estimation, R D and V T0 must be calculated using the specificapplication conditions. See the example in Chapter3.4/12Doc ID 3607 Rev 3Doc ID 3607 Rev 35/12For any junction temperature V T0(T j ), R D (T j ) and the forward voltage drop V F (I F ,T j ) can be calculated as follow:Equation 5Equation 6Equation 7Where αVTO and αRD are thermal coefficients calculated from the 2 reference temperatures: T jref1 and T jref2. A common choice of T jref1 and T jref2 is 25 °C and 125 °C. These thermal coefficients are calculated with the following equations:Note:αVT0 < 0 and αRD > 0 whatever the diode technology.()jRef1j T0V jRef1T0j T0T T α)(T V )(T V −⋅+=()jRef1j D R jRef1D j D T T α)(T R )(T R −⋅+=()()FD R T0V jRef1j jRef1F F j F F I ααT T )T ,(I V )T ,(I V ⋅+⋅−+=6/12Doc ID 3607 Rev 32 Conduction losses: basic equationsConduction losses are the average dissipated power in the diode during the forward conduction phase given in Equation 10:Equation 10 can also be written as follows:Equation 11Where I F(AV) is the forward average current and I F(RMS) is the forward root mean square current flowing through the diode.Note:In case of a square waveform, a short formula can be used to calculate conduction losses:Equation 122.1 Application parameters: average and rms currentsThe average and rms currents are different for each application condition. They can becalculated using Equations 12 (average current) and 13 (rms current).Figure 4 presents simplified expression of average and rms currents of commonly observed waveforms in a power rectifier. In most cases, these waveforms can be used for a rough estimation.2F(rms)j D F(av)j T0j COND I )(T R I )(T V )(T P ⋅+⋅=δI )T ,(I V )(T P F(AV)j F F j COND ⋅⋅=Doc ID 3607 Rev 37/123 An application exampleLet us consider the example of a 90 W notebook adapter. This is a flyback converter(Figure5) working in continuous mode. The output voltage V out is 19 V and the maximumoutput current is 4.7 A. The rectifier diode is an ST power Schottky STPS30M100S. Figure6shows the ideal waveforms of the diode: I Min = 4 A, I Max = 11.8 A and δ = 0.6.Let us calculate the maximum conduction losses in the diode for this application.8/12Doc ID 3607 Rev 33.1 Average and rms current calculationThe first step is the calculation of the average and rms currents.The forward average current is the output current: I F(AV) = I load = 4.7 A.As illustrated in Figure6, the forward current has a trapezoidal shape. The formula tocalculate the rms current of trapezoidal waveform is given in Figure 4. I F(RMS) is then:3.2 V T0 (T j) and R D (T j) calculationThe second step is the calculation of V T0 (T j) and R D (T j) in the application condition range.T jref1 = 25 °C and T jref2 = 125 °C. To calculate maximum conduction losses, read maximumvalues of V F at I Min and I Max in Figure 7. This figure is available in the STPS30M100Sdatasheet. These values are summarized in Table 1.Table 1.V F(Max) values at I Min and I MaxI F (A)V F(Max)(I F, 25 °C) (V)V F(Max)(I F, 125 °C) (V)I Min = 40.520.43I Max = 11.80.630.55Doc ID 3607 Rev 39/1210/12Doc ID 3607 Rev 3From Equations (3), (4), (8) and (9) calculate V T0(T jref1), V T0(T jref2), R D (T jref1), R D (T jref2), αVT0 and αRD . Calculated values of these parameters are summarized in Table 2.From Equations 5 and 6 we can write V T0(T j ) and R D (T j ) as follow:Equation 16Equation 173.3 Conduction losses expressionFrom Equations 7, 15 and 16 the expression for maximum conduction losses is then:Equation 18Finally, let us plot the value of conduction losses in the diode as a function of the junction temperature (Figure 8).Table 2.V T0, R D , αVT0, and αRD parametersT jref (°C)V T0 (V)R D (m Ω)αVT0 (V·°C -1)αRD (Ω·°C -1)T jref1 = 250.46414.123-951.358×10-612.839×10-6T jref2 = 1250.36815.406j-6j T0T 10951.358-0.487)(T V ⋅×=j-6-3j D T 1012.8391013.802)(T R ⋅×+×=j-3j COND(Max)T 103.9872.866)(T P ⋅×+=AN604Revision history Doc ID 3607 Rev 311/124 Revision historyTable 3.Document revision history DateRevision ChangesAug-19931Initial release 03-May-20042Stylesheet update. No content change 24-Aug-20113Completely revised for currently available products.AN604Please Read Carefully:Information in this document is provided solely in connection with ST products. STMicroelectronics NV and its subsidiaries (“ST”) reserve the right to make changes, corrections, modifications or improvements, to this document, and the products and services described herein at any time, without notice.All ST products are sold pursuant to ST’s terms and conditions of sale.Purchasers are solely responsible for the choice, selection and use of the ST products and services described herein, and ST assumes no liability whatsoever relating to the choice, selection or use of the ST products and services described herein.No license, express or implied, by estoppel or otherwise, to any intellectual property rights is granted under this document. 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