功率半导体元件的损耗计算分析方法
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69.415 80
( I in
S * 0.8 *110%
INV PFC *Vin
Pchgr )
1 * 3
60
I_THY1( t )
40
20 0
I in(t ) I in * sin(wt )
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
IGBT的损耗—导通损耗
第二步,根据拓扑得到IGBT的DUTY函数
Tbf / 2
V
0
CE
(t ) * I CE (t )dt
IGBT的损耗—开关损耗
第一步,计算开关损耗。假设开关损耗与导 通电流和直流电压成正比。
Pon off I in _ avg Vbus 1 f s ( Eon Eoff ) * I test Vtest 2 Vbus 1 f s ( Eon Eoff ) * Vtest 2
相关概念—IGBT损耗分布
IGBT总损耗
导通损耗
开关损耗
驱动损耗
开通损耗
关断损耗
P tot / T P on / T P swon / T P swoff / T
相关概念—开关和导通损耗
Vce
Ic
Vcesat
Eswon
Eon
Eswoff
相关概念--DIODE的损耗分析
总损耗 忽略开通 损耗;关 断损耗主 要由反向 恢复电流 造成.
VBUS Vin (t ) D(t ) VBUS
Cd e_INT2t ( ) i f t T_b f 2
Cd e_INT_Bt ( ) 0
1.1
1
Cde_INT1( t ) 0.5
0.1
0 0 0.00 0.005 0.01 t 0.015 0.02
IGBT的损耗—导通损耗
0t
Tbf 2
IGBT的损耗—导通损耗
第四步，根据IGBT电流波形函数，及 IGBT的输出阻抗计算导通损耗。
VCE (t ) VCE 0 K * ICE (t ) 方法一
VCE (t ) VCE (ICE (t )) 方法二
Pon _ loss
1 Tbf
VF (t ) VF 0 K * I F (t ) 方法一
VF (t ) VF (I F (t )) 方法二
Pon _ loss
1 Tbf
Tbf / 2
V (t ) * I
F 0
F
(t )dt
DIODE的损耗—关断损耗
关断损耗主要与二极管的反向恢复电流有 关. 求得二极管平均电流,作为IF, VD为反 向恢复电压. 反向恢复电流与VD的积分为 二极管的关断损耗.
功率半导体元件的损耗计算分析 方法
目录
相关概念 以PFC为例分析IGBT,DIODE的损耗 热阻概念介绍 讨论题目
损耗分析的意义
损耗分析的意义 - 用于估算效率 - 散热设计 - 元件选择 UPS损耗的分布
风扇损耗
磁性元件损耗 功率管损耗 风扇损耗 控制电路工作损耗 驱动损耗
导通损耗
开关损耗
P tot / D Pfw/ D P off / D
关断损耗
以30K PFC部分为例分析损耗
I_L1 I_D1 D1 Q1 V_in N Q2 I_Q2 L2 D2 I_D2 C2 C1 Udc I_THY1 I_in Ph L1 I_Q1
SCR
r
IGBT
DIODE
I源自文库L2
以30K为例分析PFC IGBT的 损耗—导通损耗
计算条件 - 假设输入电压Vin - 负载110% R LOAD - 效率η - 考虑CHARGER 功率Pchgr
IGBT的损耗—导通损耗
第一步,得到输入电流波形的函数
Vin (t ) Vin 2 sin(w* t )
0 wt
热阻分析
Ploss
Rthjunction-case
Rthcase-sink Rthsink-ambient Ta
讨论题目
分析两电平逆变的主要开关管的损耗,列出 分析思路,并指出温升实验时的最大允许温 度. 分析三电平逆变的主要开关管的损耗,列出 分析思路,并指出温升实验时的最大允许温 度. 分析影响开关管损耗的主要因素
第二步,根据拓扑得到DIODE的DUTY函数
Vin (t ) 1 D(t ) VBUS
1.2 1
1 Cde_INT1( t ) 0.5
0 0.2 0 0 0.005 0.01 t 0.015 0.02 0.02
DIODE的损耗—导通损耗
第三步,根据DUTY函数,得到DIODE的电 流波形及其函数
影响DIODE的损耗的损耗的 因素
导通损耗主要由以下因素决定 - 导通电流（根据输出特性曲线确定） - Duty Cycles 开关损耗主要由以下因素决定 - 导通电流，反向恢复电流 - DC 电压 - 开关频率
影响IGBT的损耗的损耗的因 素
导通损耗主要由以下因素决定 - 导通电流（输出特性曲线VCE=f(IC)确定） - Duty Cycles 开关损耗主要由以下因素决定 - 导通电流 - DC 关断电压 - 开关频率
第三步,根据DUTY函数,得到IGBT的电流 波形及其函数
I _IGBT2( t ) 50 0 0 0.01 t 0.02 69.415 80 60 100
I _IGBT1( t )
40
20 0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
ICE (t ) Iin (t ) * sin(wt ) * D(t )
2 2 I in
I test
DIODE的损耗—导通损耗
第一步,得到输入电流波形的函数
I in(t ) I in * sin(wt )
69.415 80
0 wt
60
I_THY1( t )
40
20 0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
DIODE的损耗—导通损耗
69.415 80 60
I_D1( t )
40
20
0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
I CE (t ) I in (t ) * sin(wt ) * (1 D(t ))
DIODE的损耗—导通损耗
第四步，根据DIODE电流波形函数，及 DIODE的输出阻抗特性计算导通损耗。
相关概念
导通损耗 关断损耗 二极管的反向恢复电流 Junction 温度, Case 温度 热阻
相关概念
IGBT和DIODE输出特性曲线
VCE (t ) VCE 0 K * I CE (t )
VF (t ) VF 0 K * I F (t ) 方法一
( I in
S * 0.8 *110%
INV PFC *Vin
Pchgr )
1 * 3
60
I_THY1( t )
40
20 0
I in(t ) I in * sin(wt )
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
IGBT的损耗—导通损耗
第二步,根据拓扑得到IGBT的DUTY函数
Tbf / 2
V
0
CE
(t ) * I CE (t )dt
IGBT的损耗—开关损耗
第一步,计算开关损耗。假设开关损耗与导 通电流和直流电压成正比。
Pon off I in _ avg Vbus 1 f s ( Eon Eoff ) * I test Vtest 2 Vbus 1 f s ( Eon Eoff ) * Vtest 2
相关概念—IGBT损耗分布
IGBT总损耗
导通损耗
开关损耗
驱动损耗
开通损耗
关断损耗
P tot / T P on / T P swon / T P swoff / T
相关概念—开关和导通损耗
Vce
Ic
Vcesat
Eswon
Eon
Eswoff
相关概念--DIODE的损耗分析
总损耗 忽略开通 损耗;关 断损耗主 要由反向 恢复电流 造成.
VBUS Vin (t ) D(t ) VBUS
Cd e_INT2t ( ) i f t T_b f 2
Cd e_INT_Bt ( ) 0
1.1
1
Cde_INT1( t ) 0.5
0.1
0 0 0.00 0.005 0.01 t 0.015 0.02
IGBT的损耗—导通损耗
0t
Tbf 2
IGBT的损耗—导通损耗
第四步，根据IGBT电流波形函数，及 IGBT的输出阻抗计算导通损耗。
VCE (t ) VCE 0 K * ICE (t ) 方法一
VCE (t ) VCE (ICE (t )) 方法二
Pon _ loss
1 Tbf
VF (t ) VF 0 K * I F (t ) 方法一
VF (t ) VF (I F (t )) 方法二
Pon _ loss
1 Tbf
Tbf / 2
V (t ) * I
F 0
F
(t )dt
DIODE的损耗—关断损耗
关断损耗主要与二极管的反向恢复电流有 关. 求得二极管平均电流,作为IF, VD为反 向恢复电压. 反向恢复电流与VD的积分为 二极管的关断损耗.
功率半导体元件的损耗计算分析 方法
目录
相关概念 以PFC为例分析IGBT,DIODE的损耗 热阻概念介绍 讨论题目
损耗分析的意义
损耗分析的意义 - 用于估算效率 - 散热设计 - 元件选择 UPS损耗的分布
风扇损耗
磁性元件损耗 功率管损耗 风扇损耗 控制电路工作损耗 驱动损耗
导通损耗
开关损耗
P tot / D Pfw/ D P off / D
关断损耗
以30K PFC部分为例分析损耗
I_L1 I_D1 D1 Q1 V_in N Q2 I_Q2 L2 D2 I_D2 C2 C1 Udc I_THY1 I_in Ph L1 I_Q1
SCR
r
IGBT
DIODE
I源自文库L2
以30K为例分析PFC IGBT的 损耗—导通损耗
计算条件 - 假设输入电压Vin - 负载110% R LOAD - 效率η - 考虑CHARGER 功率Pchgr
IGBT的损耗—导通损耗
第一步,得到输入电流波形的函数
Vin (t ) Vin 2 sin(w* t )
0 wt
热阻分析
Ploss
Rthjunction-case
Rthcase-sink Rthsink-ambient Ta
讨论题目
分析两电平逆变的主要开关管的损耗,列出 分析思路,并指出温升实验时的最大允许温 度. 分析三电平逆变的主要开关管的损耗,列出 分析思路,并指出温升实验时的最大允许温 度. 分析影响开关管损耗的主要因素
第二步,根据拓扑得到DIODE的DUTY函数
Vin (t ) 1 D(t ) VBUS
1.2 1
1 Cde_INT1( t ) 0.5
0 0.2 0 0 0.005 0.01 t 0.015 0.02 0.02
DIODE的损耗—导通损耗
第三步,根据DUTY函数,得到DIODE的电 流波形及其函数
影响DIODE的损耗的损耗的 因素
导通损耗主要由以下因素决定 - 导通电流（根据输出特性曲线确定） - Duty Cycles 开关损耗主要由以下因素决定 - 导通电流，反向恢复电流 - DC 电压 - 开关频率
影响IGBT的损耗的损耗的因 素
导通损耗主要由以下因素决定 - 导通电流（输出特性曲线VCE=f(IC)确定） - Duty Cycles 开关损耗主要由以下因素决定 - 导通电流 - DC 关断电压 - 开关频率
第三步,根据DUTY函数,得到IGBT的电流 波形及其函数
I _IGBT2( t ) 50 0 0 0.01 t 0.02 69.415 80 60 100
I _IGBT1( t )
40
20 0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
ICE (t ) Iin (t ) * sin(wt ) * D(t )
2 2 I in
I test
DIODE的损耗—导通损耗
第一步,得到输入电流波形的函数
I in(t ) I in * sin(wt )
69.415 80
0 wt
60
I_THY1( t )
40
20 0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
DIODE的损耗—导通损耗
69.415 80 60
I_D1( t )
40
20
0
0
0 0
0.005
0.01 t
0.015
0.02 0.02
I CE (t ) I in (t ) * sin(wt ) * (1 D(t ))
DIODE的损耗—导通损耗
第四步，根据DIODE电流波形函数，及 DIODE的输出阻抗特性计算导通损耗。
相关概念
导通损耗 关断损耗 二极管的反向恢复电流 Junction 温度, Case 温度 热阻
相关概念
IGBT和DIODE输出特性曲线
VCE (t ) VCE 0 K * I CE (t )
VF (t ) VF 0 K * I F (t ) 方法一