淺談開關(guān)模式電源電路中運行的IGBT數(shù)值算法

本應(yīng)用筆記介紹了一種用于IGBT的數(shù)值算法，該IGBT在開關(guān)模式電源電路中運行，以確定其損耗。該設(shè)計示例使用經(jīng)過測試和分析的600 W零電流開關(guān)升壓PFC（功率因數(shù)校正）電路，以準(zhǔn)確預(yù)測從工作電路獲得的損耗。逐項預(yù)測損失，以便設(shè)計人員可以進行快速的紙質(zhì)設(shè)計分析，以預(yù)測一種IGBT類型與另一種IGBT類型的性能。

介紹

提出了一種分析，該分析描述了一種用于確定IGBT損耗的數(shù)值算法。諸如MathCAD?之類的數(shù)學(xué)工作表程序可用于此應(yīng)用程序。算法流程圖如圖1所示。所需的IGBT參數(shù)測試數(shù)據(jù)是從半導(dǎo)體制造商使用的基本設(shè)備測試電路中獲得的。

損耗計算算法。

確定諸如IGBT的有源功率因數(shù)校正（PFC）電路，交流輸出UPS系統(tǒng)和固態(tài)交流電動機驅(qū)動器之類的電源電路中的開關(guān)裝置損耗非常復(fù)雜。開關(guān)設(shè)備的傳導(dǎo)占空比和開關(guān)電流根據(jù)交流市電輸入或交流輸出電壓的瞬時幅度不斷變化。IGBT損耗是關(guān)斷鉗位電壓，集電極電流和結(jié)溫的復(fù)雜函數(shù)，這一事實使問題進一步惡化。圖2的表面圖中顯示了480V的單個關(guān)斷鉗位電壓的關(guān)斷能量，集電極電流和結(jié)溫之間的關(guān)系。

關(guān)斷能量與集電極和連接點的關(guān)系。

傳統(tǒng)的時域SPICE分析需要冗長的仿真，以生成大量的輸出文件。代表IGBT開關(guān)特性的SPICE模型只能在預(yù)設(shè)結(jié)溫下運行。此外，IGBT制造商的數(shù)據(jù)表沒有提供足夠的信息

來分析在所有開關(guān)條件下的器件損耗。

之前的工作

先前評估晶體管工作損耗以確定器件結(jié)溫的努力并未以交互的方式將信息與器件特性相關(guān)聯(lián)［2］，［3］，［4］。IGBT的傳導(dǎo)損耗是傳導(dǎo)電流和結(jié)溫的函數(shù)。導(dǎo)通和關(guān)斷開關(guān)損耗是IGBT集電極電壓，電流和結(jié)溫的函數(shù)。晶體管結(jié)溫又是晶體管總損耗和散熱器溫度的函數(shù)。

方法

本文針對IGBT的關(guān)斷，導(dǎo)通，導(dǎo)通和關(guān)斷損耗開發(fā)了數(shù)學(xué)模型。這些模型基于通過曲線擬合實驗室測試數(shù)據(jù)得出的方程式。這些方程式將IGBT損耗描述為結(jié)溫，集電極電流和集電極鉗位電壓的函數(shù)。應(yīng)用這些公式確定圖3所示的連續(xù)模式升壓PFC電路中晶體管Q1的總損耗。

IGBT關(guān)斷損耗測試電路。

曲線擬合方程式中使用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是使用測試夾具開發(fā)的，這些夾具可以精確表示PFC電路的工作條件。

編輯：hfy