高压变频器的IGBT模块选择及计算分析

变频器IGBT选型

IGBT如何选型四大步轻松搞定北极星电力网新闻中心 2014-3-18 12:06:32 我要投稿北极星电源网讯:逆变技术对IGBT的参数要求并不是一成不变的，逆变技术已从硬开关技术，移相软开关技术发展到双零软开关技术，各个技术之间存在相辅相成的纽带关系，同时具有各自的应用电路要求特点，因而，对开关器件的IGBT的要求各不相同。

而IGBT正确选择与使用尤为重要。

图：逆变器中IGBT模块伴随科学技术的发展和低碳经济的要求，逆变器在各行各业中应用飞速发展，而IGBT是目前逆变器中使用的主流开关器件，也在逆变结构中起核心作用。

采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率，改善用电质量。

新型IGBT逆变技术是推动我国低碳经济发展战略的突破口，同时缓解能源，资源和环境等方面的压力，加快转变经济增长方式，促进信息化带动工业化，提高国家经济安全性，起着重要作用，因此，IGBT在逆变器中的正确选择与使用，有着举足轻重的作用。

逆变技术对IGBT 的参数要求并不是一成不变的，逆变技术已从硬开关技术，移相软开关技术发展到双零软开关技术，各个技术之间存在相辅相成的纽带关系，同时具有各自的应用电路要求特点，因而，对开关器件的IGBT的要求各不相同。

而IGBT正确选择与使用尤为重要。

1、IGBT额定电压的选择三相380V输入电压经过整流和滤波后，直流母线电压的最大值：在开关工作的条件下，IGBT 的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，根据IGBT规格的电压等级，选择1200V电压等级的IGBT。

2、IGBT额定电流的选择以30kW变频器为例，负载电流约为79A，由于负载电气启动或加速时，电流过载，一般要求1分钟的时间内，承受1.5倍的过流，择最大负载电流约为119A ，建议选择150A电流等级的IGBT。

3、IGBT开关参数的选择变频器的开关频率一般小于10kHZ，而在实际工作的过程中，IGBT的通态损耗所占比重比较大，建议选择低通态型IGBT，以30kW ，逆变频率小于10kHz的变频器为例，选择IGBT的开关参数见表14、影响IGBT可靠性因素1)栅电压IGBT工作时，必须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值为15～187，最高用到20V，而棚电压与栅极电阻Rg有很大关系，在设计IGBT驱动电路时，参考IGBT Datasheet中的额定Rg值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅电压。

变频器功率器件选型与损耗计算

L2
-
B
C1
直流电感取值不当的坏处
过大过小母线电容的纹波电流带恒功率负载时，容过大，产生较大损耗，易出现振荡缩短电容寿命电抗器压降过大，直流母线电压偏低
功率因数降低
较高的THD
直流电抗器与系统稳定性
带恒功率负载时，等效电路传递函数的特征方程为
R P 1 O _ DC DC s s 2 LDC C V LDC C DC DC DC
直流电抗器选型
直流电抗器选型
直流电抗器的感值过大或过小，都会导致不好的后果。
L1
k k k
T1
g a
T2
g a
T3
g a
A
+
Controlled Current Source
s
C
-P Load D1 D2 D3
+ v -
Three-Phase Source
Divide
Voltage Measurement
Kf KB
整流器损耗计算
二极管模型
二极管可近似等效为一个直流电压源与一个电阻串联的模型。
整流器的损耗
由于采用工频整流，因此开关损耗相对导通损耗而言很小，主要考虑导通损耗。
2 Ploss _ arm VTO I AV _ Re c I RMS _ Re c r T
2
RDC PO _ DC 1 2 VDC
0
式中，RDC为整流滤波回路上的直流等效电阻，LDC为直流电感，VDC为直流母线电压的平均值。
直流电抗器与系统稳定性
一般地，有
RDC PO _ DC VDC
2

英飞凌IGBT模块选用指南

英飞凌IGBT模块选用指南英飞凌IGBT模块选用指南对于一个具体的应用来说，在选择英飞凌IGBT模块时需考虑其在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下：（i）：器件耐压;（ii）：在实际的冷却条件下，电流的承受力;（iii）：最适合的开关频率;（iv）：安全工作区（SOA）限制;（v）：最高运行温度限制。

一、器件耐压的选择因为大多数IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下，所以通常IGBT模块的工作电压（600V、1200V、1700V）均对应于常用电网的电压等级。

考虑到过载，电网波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT 器件耐压都是直流母线电压的一倍。

如果结构、布线、吸收等设计比较好，就可以使用较低耐压的IGBT模块承受较高的直流母线电压。

下面列出根据交流电网电压或直流母线电压来选择IGBT 耐压的参考表。

二、电流的选择半导体器件具有温度敏感性，因此IGBT模块标称电流与温度的关系比较大。

随着壳温的上升IGBT模块可利用的电流就会下降，英飞凌IGBT模块是按壳温TC=80℃来标称其最大允许通过的集电流极电流（IC）。

对于西门子/英飞凌NPT-IGBT 芯片来说，当TC≤25℃时，这个电流值通常是一个恒定值，但随着TC 的增加，这个可利用的电流值下降较快，有些公司是按TC＝25℃的电流值来标称型号，这需用户特别注意。

需指出的是：IGBT 参数表中标出的IC 是集电极最大直流电流，但这个直流电流是有条件的，首先最大结温不能超过150℃，其次还受安全工作区（SOA）的限制，不同的工作电压、脉冲宽度，允许通过的最大电流不同。

同时，各大厂商也给出了2 倍于额定值的脉冲电流，这个脉冲电流通常是指脉冲宽度为1ms 的单脉冲能通过的最大通态电流值，即使可重复也需足够长的时间。

如果脉冲宽度限制在10μs 以内，英飞凌NPT-IGBT 短路电流承受能力可高达10 倍的额定电流值。

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基本参数详解讲解

第一部分IGBT模块静态参数1，：集射极阻断电压在可使用的结温范围内，栅极和发射极短路状况下,集射极最高电压.手册里一般为25℃下的数据，随着结温的降低,会逐渐降低。

由于模块内外部的杂散电感,IGBT在关断时最容易超过限值。

2，：最大允许功耗在25℃时,IGBT开关的最大允许功率损耗，即通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。

其中，为结温，为环境温度。

二极管的最大功耗可以用同样的公式获得.在这里，顺便解释下这几个热阻，结到壳的热阻抗，乘以发热量获得结与壳的温差；芯片热源到周围空气的总热阻抗,乘以发热量获得器件温升;芯片结与PCB间的热阻抗,乘以单板散热量获得与单板的温差。

3，集电极直流电流在可以使用的结温范围流集射极的最大直流电流.根据最大耗散功率的定义,可以由最大耗散功率算出该值。

所以给出一个额定电流，必须给出对应的结和外壳的温度。

）4，可重复的集电极峰值电流规定的脉冲条件下，可重复的集电极峰值电流。

5，RBSOA,反偏安全工作区IGBT关断时的安全工作条件。

如果工作期间的最大结温不被超过,IGBT在规定的阻断电压下可以驱使两倍的额定电流。

6，短路电流短路时间不超过10us。

请注意，在双脉冲测试中，上管GE之间如果没有短路或负偏压，就很容易引起下管开通时，上管误导通，从而导致短路。

7，集射极导通饱和电压在额定电流条件下给出，Infineon的IGBT都具有正温度效应，适宜于并联。

随集电极电流增加而增加，随着增加而减小。

可用于计算导通损耗.根据IGBT的传输特性，计算时，切线的点尽量靠近工作点。

对于SPWM方式，导通损耗由下式获得,M为调制因数；为输出峰值电流；为功率因数.第二部分IGBT模块动态参数1,模块内部栅极电阻为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了栅极电阻，该电阻值常被当成总的驱动电阻的一部分计算IGBT驱动器的峰值电流能力。

2,外部栅极电阻数据手册中往往给出的是最小推荐值，可以通过以下电路实现不同的和。

高压变频器的IGBT模块选择及计算分析

高压变频器的IGBT模块选择及计算分析目前变频器应用中常用的几种模块，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT。

通过计算分析比较，得出IGBT是目前性价比较好的器件。

1、概述由于我国元器件工业落后，还不能生产高压IGBT，西方国家仍对中国实行技术封锁。

比如6500V IGBT仍不向中国出口，且不论其价格不菲。

在直接串联技术选用什么样的功率开关器件对决定变频器的性价比至关重要。

目前可选的器件有好几种，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT，而IGBT则又分为1700V，3300V，6500V。

而各器件厂家都宣称自己的器件最好。

到底选哪一种器件，其性价比较好，让我们进行一些具体比较，比较的依据为各厂家产品样本所列的技术参数。

2、几种常用的功率器件变频器向前发展，一直是随着电力电子器件的发展而发展。

只要电力电子器件有了新的飞跃，变频器就一定有个新飞跃，必定有新的变频器出现。

在20世纪50年代出现了硅晶闸管(SCR);60年代出现可关断晶闸管(GTO晶闸管);70年代出现了高功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET);80年代相继出现了绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)以及门控晶闸管(IGCT)和电力加强注入型绝缘栅极晶体管(IEGT)，90年代出现智能功率模块(IPM)。

由于这些元器件的出现，相应出现了以这些逆变器件为主的变频器，反过来，变频器要求逆变器件有个理想的静态特性：在阻断状态时，能承受高电压;在导通状态时，能大电流通过和低的导通压降，损耗小，发热量小;在开关状态转换时，具有短的开、关时间，即开关频率高，而且能承受高的du/dt;全控功能，寿命长、结构紧凑、体积小等特点，当然还要求成本低。

上述这些电力电子器件有些是满足部分要求，有些是逐步向这个方向发展，达到完善的要求，特别是中(高)压变频器更需要耐压高的元器件。

3、模块选择分析3.1 相关定义及公式我们以设计一台中压变频器为例，直流工作电压为3600V，。

IGBT选型说明和参考

一、什么是IGBT ：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。

应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。

由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。

虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。

较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。

导通：IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。

如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。

基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。

当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。

如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。

最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流(双极)。

关断：当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。

在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。

IGBT的基础知识－－IGBT的基本结构，参数选择，使用注意

IGBT的基础知识－－IGBT的基本结构，参数选择，使用注意1.IGBT的基本结构绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个P 型层。

根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。

图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。

N+ 区称为漏区。

器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。

沟道在紧靠栅区边界形成。

在漏、源之间的P型区（包括P+和P一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region ）。

而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。

附于漏注入区上的电极称为漏极。

为了兼顾长期以来人们的习惯，IEC规定：源极引出的电极端子（含电极端）称为发射极端（子），漏极引出的电极端（子）称为集电极端（子）。

这又回到双极晶体管的术语了。

但仅此而已。

IGBT的结构剖面图如图2所示。

它在结构上类似于MOSFET ，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板（漏极）上增加了一个P+ 基板（IGBT 的集电极），形成PN结j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。

图1 N沟道IGBT结构图2 IGBT的结构剖面图由图2可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图3所示。

图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。

IGBT是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。

N沟道IGBT的图形符号有两种，如图4所示。

实际应用时，常使用图2－5所示的符号。

对于P沟道，图形符号中的箭头方向恰好相反，如图4所示。

IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。

IGBT模块选型参考

IGBT模块选型参考1．IGBT模块的功率损耗IGBT关断截止时，I(t)≈o，损耗的功率可忽略。

为了便于分析，将损耗分为导通损耗和开关损耗。

另外，开关损耗也可分为两类：具有理想二极管时IGBT的开关损耗和考虑二极管反向恢复时间时IGBT的开关损耗。

IGBT导通时，如果电流为方波脉冲，那么导通能量就等于电流、电压降和导通时间三者之积。

IGBT在任意电流和温度时的最高电压降，根据数据表提供的数据，可按以下两步得到：首先，从IGBT集电极发射极饱和电压与壳温的关系曲线上找出能满足所需电流的集电极发射极饱和电压。

然后，为了得到最大压降，在给定结温下从该曲线上得出的电压降必须乘以电气特性表中给出的最大值与典型值之比。

如果栅极驱动电压不是15V，最大压降值还需要些修正，修正系数可参考器件公司的IGBT设计手册。

如果电流不是方波脉冲，导通损耗只能用积分计算。

这样必须建立电流波形和电压降的数学表达式，这些函数关系可参考器件公司的IGBT设计手册。

在负载为电感的电路中，开关导通引起续流二极管反向恢复，同时开关器件中产生很大的电流尖峰，从而使IGBT和续流二极管的开关损耗增加。

考虑到二极管反向恢复引起的开关损耗，IGBT总的开关损耗可由下式给出：Po = Pss + Psw式中：Esw(on)为每一个脉冲对应的IGBT开通能量（在tj= 125℃、峰值电流Icp条件下）；Esw(off)为每个脉冲对应的IGBT关断能量（在tj=125℃、峰值电流Icp条件下）；Psw为变频电源每臂的PWM开关功率；Icp为正弦输出电流的峰值；Uce(sat)为IGBT的饱和电压降(在Tj= 125℃、峰值电流Icp条件下)；Fsw为开关频率；D为PWM信号占空比；θ为输出电压与电流之间的相位角（功率因数为cosθ）。

2．IGBT模块参数的选择IGBT已广泛应用于20KHz的硬开关变换器及频率更高的软开关变换器中。

通常情况下，选择IGBT模块的参数时应考虑以下几个方面的因素。

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模块参数详解

IGBT模块参数详解一-IGBT静态参数•VCES：集电极-发射极阻断电压在可使用的结温范围内栅极-发射极短路状态下，允许的断态集电极-发射极最高电压。

手册里VCES是规定在25°C结温条件下，随着结温的降低VCES也会有所降低。

降低幅度与温度变化的关系可由下式近似描述：.模块及芯片级的VCES对应安全工作区由下图所示：文章来源：/jc/19.htmlCollector-emitter voltage of the IGBT由于模块内部杂散电感，模块主端子与辅助端子的电压差值为，由于内部及外部杂散电感，VCES在IGBT关断的时候最容易被超过。

VCES在任何条件下都不允许超出，否则IGBT就有可能被击穿。

•Ptot：最大允许功耗在Tc=25°C条件下，每个IGBT开关的最大允许功率损耗，及通过结到壳的热阻所允许的最大耗散功率。

Ptot可由下面公式获得：。

Maximum rating for Ptot二极管所允许的最大功耗可由相同的方法计算获得。

•IC nom：集电极直流电流在可使用的结温范围内流过集电极-发射极的最大直流电流。

根据最大耗散功率的定义，可以由Ptot的公式计算最大允许集电极电流。

因而为了给出一个模块的额定电流，必须指定对应的结和外壳的温度，如下图所示。

请注意，没有规定温度条件下的额定电流是没有意义的。

Specified as data code: FF450R17ME3在上式中Ic及VCEsat @ Ic都是未知量，不过可以在一些迭代中获得。

考虑到器件的容差，为了计算集电极额定直流电流，可以用VCEsat的最大值计算。

计算结果一般会高于手册值，所有该参数的值均为整数。

该参数仅仅代表IGBT的直流行为，可作为选择IGBT的参考，但不能作为一个衡量标准。

•ICRM：可重复的集电极峰值电流最大允许的集电极峰值电流（Tj≤150°C），IGBT在短时间内可以超过额定电流。

变频器功率器件损耗计算

整流二极管损耗计算
•
输入功率因数计算
带直流电抗器，且直流侧电流连续，电容的纹波电流为

2

2
7
.72

10
U
1
.
89

10
U
in
in
IC

1
1
2
(6

L
) 2
(
12

L

)
6

C
12

C
Uin为输入线电压的有效值，L为直流电抗器的电感量，C为母线电容量
0.955Idc(AVG)
直流侧电流不连续，通过实测或仿真得到输入功率因数。
应的点(VF2,IF2)，由此可得
进一步求得
rF
VF1 VF2
IF1 IF2
V
V
r
IF1
F
0
F
1
F
IGBT模块损耗计算
Lin
Ldc
Lout
R
U
S
V
T
W
IGBT模块损耗计算
•
IGBT模块损耗构成
IGBT通态损耗：
IGBT开关损耗：
Pfw /T
1
=
T
T
0
VCE (t) ∙ iC (t)dt
•
IGBT开关损耗计算
IGBT开关能量与电流近似成线性关系，当母线电压在IGBT额定工作电压（600V IGBT为300V，1200V IGBT
为600V，1700V IGBT为900V，3300V IGBT为1800V）的±20%范围内时，IGBT开关能量与母线电压近
似成线性关系，母线电压一般在这个范围内。IGBT开通能量还与驱动电阻有关，驱动电阻越大，开通能量

变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计

１６１
断损耗；Ｋ。为桥臂电压；ｋ伽、Ⅵ。协ａ分别为参考电
流和参考电压：墨，叫为电流幅值对ＩＧＢＴ开关损
耗影响的电流系数；墨。Ｔｆ’，为桥臂电压对ＩＧＢＴ开关损耗影响的电压系数；羁。Ｄ，为电流幅值对快恢复二极管开关损耗影响的电流系数；墨加Ｐ为桥臂电压对快恢复二极管开关损耗影响的电压系数；
甄，ｎｒ为温度对ＩＧＢＴ开关损耗影响的温度系数；
为ＩＧＢＴ和快恢复二极管２５℃时的额定导通压降；正Ｔｒ和正Ｄ分别为ＩＧＢＴ和快恢复二极管的实际结
温；ｇｒＴｒ为温度对ＩＧＢＴ通态电阻影响的温度系数；
墨Ｄ为温度对快恢复二极管通态电阻影响的温度系数；鼠Ｔｒ为温度对ＩＧＢＴ导通压降影响的温度系数；凰Ｄ为温度对快恢复二极管导通压降影响的温度系数：ｆ为ＰＷＭ逆变器输出电流。采用ＳＰＷＭ或ＳＶＰＷＭ时逆变器输出交流电压
ＨｕＪｉａｎｈｕｉ
ａｎｄＨｅａｔＤｉｓｓｉｐａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｖｅｒｔｅｒｓ
ＬｉＪｉｎｇｅｎｇＺｏｕＪｉｂｉｎＨａｒｂｉｎＴａｎＪｉｕｂｉｎ１５０００１
Ｍｏｄｕｌｅ
（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｂｓｔｒａｃｔ
提出了一种设计变频器散热系统的实用方法，建立了比较准确且实用的变频器中ＩＧＢＴ
（绝缘栅型双极晶体管）模块的通态损耗和开关损耗的计算方法，考虑了温度对各种损耗的影响，采用热阻等效电路法推导得出了散热器及功率器件各点温度的计算公式，并给出了散热器热阻的实用计算公式．在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统，计算结果与试验结果的对比，验证了该设计方法的合理性与实用性．关键词：变频器损耗热阻散热系统中图分类号：ＴＭ４６５ＬｏｓｓｅｓＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＩＧＢＴ

IGBT驱动参数计算详解

IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。

1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。

2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。

为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。

门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。

这个参数我们称为驱动功率PDRV。

驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。

转载请注明出处驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。

如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期内被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。

驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。

IGBT功率模块的参数设计和故障诊断方法研究

IGBT功率模块的参数设计和故障诊断方法研究概述：IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)功率模块是现代电力电子装置中常用的关键元件之一，用于高功率交流/直流转换和电机驱动等应用领域。

参数设计和故障诊断是确保IGBT功率模块稳定运行和可靠性的重要部分。

本文将探讨IGBT功率模块的参数设计和故障诊断方法。

参数设计：1. 额定电流和电压：IGBT功率模块的额定电流和电压是设计和选择时最重要的参数之一。

额定电流决定了模块的最大工作电流，而额定电压决定了模块的最大工作电压。

这两个参数应根据实际应用需求和设备的工作条件进行合理选择。

2. 热阻：IGBT功率模块的热阻描述了它的散热性能。

热阻越小，表示模块对散热的要求越低，工作温度也越低。

在参数设计中，需要考虑模块的散热方式和散热器的尺寸，以确保模块能够稳定工作并且温度不会过高。

3. 开关能力：IGBT功率模块的开关能力也是参数设计的重要考虑因素之一。

开关能力涉及到模块的开关速度、开关损耗等。

需要根据实际应用需求选择合适的开关能力，以平衡性能和效率。

4. 容载特性：模块的容载特性决定了它在瞬态工作条件下的稳定性。

在参数设计中，需要考虑模块的能量耗散、电压尖峰、损耗等因素，以确保模块能够在瞬态工况下正常工作。

故障诊断方法：1. 温度监测：IGBT功率模块的温度是故障发生的一个重要指标。

通过在模块上添加温度传感器，可以实时监测模块的温度变化。

当温度超过设定阈值时，系统可以及时采取相应的措施，如降低负载或提高散热能力，以防止模块的过热故障。

2. 电流监测：通过在IGBT模块的输入和输出端添加电流传感器，可以实时监测模块的电流变化。

当模块的电流异常时，可能意味着模块存在故障。

通过对电流波形的分析，可以判断模块是否正常工作，从而及时采取相应的措施。

3. 电压监测：IGBT功率模块的电压异常也是故障发生的一个重要指标。

通过在模块的输入和输出端添加电压传感器，可以实时监测模块的电压变化。

IGBT驱动全参数计算详解

IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。

1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。

2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。

为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。

门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。

这个参数我们称为驱动功率PDRV。

驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。

请注明出处.igbt8.驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。

如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。

驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。

IGBT模块单个IGBT及二极管功耗分析工具

IGBT模块单个IGBT及二极管功耗分析工具IGBT模块简易热仿真计算辅助工具一、IGBT模块损耗分析：IGBT模块的构成一般为IGBT部和FWD（反向二级管）部，它们各自的损耗的合计即为IGBT模块整体的损耗。

功率器件工作时会产生功率损耗，变频器功率模块的损耗主要由IGBT和快恢复二极管两个部分组成，且分别包括通态损耗和开关损耗。

无论IGBT还是FWD的通态损耗均可以通过输出特性计算。

开关损耗可以通过开关特性与集电极电流特性之间的关系计算。

结温Tj一般采用IGBT允许的最高值。

二、变频器特性分析：理论分析前提：1、输出电流为理想正弦波；2、通过正弦波和内部三角波比较产生PWM波3、变频器拓扑应当是正弦波电流输出三相PWM控制变频器变频器电压电流关系为：三、变频器通态损耗计算：填入模块相关工作条件信息：3.1 认识开关管的通态阻抗？由于IGBT的Vce和Ic的关系是非线性关系，导致IGBT的损耗非常难以精确计算。

IGBT的生产厂家一般会提供下面的曲线，可以整理为下图右边的示意图：根据上图，选择实际驱动电压所在的曲线，计算出IGBT的通态等效电阻：该曲线电阻的计算公式是：rCE=(2V-1V)/(28.5A-2A)。

可以得到IGBT的通态等效阻抗约为：rCE = 0.001Ω3.2 选择饱和压降为多少：再查IGBT的Datasheet，会提供下面的饱和压降信息：以25℃时的状态为例，取其典型值为：VCE0 = 2.1V （从上图也可以看出IGBT的饱和压降是随着温度而升高的，温度越高，其导通损耗更大）3.3 了解到IGBT工作时流过的电流有效值为多少：假如知道系统的输出功率为：Pout = 500KW同时知道系统输入的母线电压为：Vbus = 450V考虑系统设计的工作效率，因此则可以取流过单个IGBT的电流为：Ic = 267.3A3.4 设置IGBT上电压电流波形的相位差值：本值为流经IGBT的电流Ic与IGBT的Vce电压之间的相位差。

IGBT驱动全参数计算详解

IGBT驱动参数计算详解大功率IGBT 模块在使用中驱动器至关重要，本文介绍在特定应用条件下IGBT门极驱动性能参数的计算方法，经验公式及有关CONCEPT 驱动板的选型标准，得出的一些参数值可以作为选择一款合适IGBT驱动器的基本依据。

1 门极驱动的概念IGBT存在门极-发射极电容Cge，门极-集电极电容Cgc，我们将IGBT的门极等效电容定义为Cg，门极驱动回路的等效电路如下图所示：其本质是：一个脉冲电压源向RC电路进行充放电，对于这个电压源，有2个物理量我们需要关心，1.它的功率；2.它的峰值电流。

2 驱动功率的计算驱动器是用来控制功率器件的导通和关断。

为了实现此功能，驱动器对功率器件的门极进行充电以达到门极开通电压VGE_on，或者是对门极进行放电至门极关断电压VGE_off。

门极电压的两种电平间的转换过程中，在驱动器门极驱动电阻及功率器件组成的回路中产生一定的损耗。

这个参数我们称为驱动功率PDRV。

驱动器必须根据其所驱动的功率器件所需的驱动功率来选择。

请注明出处.igbt8.驱动功率可以从门极电荷量QGate，开关频率fIN，以及驱动器实际输出电压摆幅ΔVGate 计算得出：P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate (Eq. 1)备注：P DRV: 驱动器每通道输出功率；f IN: IGBT开关频率；Q Gate :IGBT门极电荷，可从规格书第一页查出，不同IGBT该数值不同；ΔV Gate:门极驱动电压摆幅，等于驱动正压+U 和负压–U 之间差值。

如果门极回路放置了一个电容CGE (辅助门极电容)，那么驱动器也需要对该电容进行充放电，如图1 所示：图1.带外接阻容的门级驱动只要CGE 在一个周期被完全的充放电，那么RGE 值并不影响所需驱动功率。

驱动功率可以从以下公式得出：P DRV = Q GATE * f IN *ΔV GATE + C GE * f IN*ΔV GATE2(Eq. 2)这个功率是每个IGBT 驱动时必须的，但门极的充放电是没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻及外部电路中。