浅谈开关模式电源电路中运行的IGBT数值算法

本应用笔记介绍了一种用于IGBT的数值算法，该IGBT在开关模式电源电路中运行，以确定其损耗。该设计示例使用经过测试和分析的600 W零电流开关升压PFC（功率因数校正）电路，以准确预测从工作电路获得的损耗。逐项预测损失，以便设计人员可以进行快速的纸质设计分析，以预测一种IGBT类型与另一种IGBT类型的性能。

介绍

提出了一种分析，该分析描述了一种用于确定IGBT损耗的数值算法。诸如MathCAD™之类的数学工作表程序可用于此应用程序。算法流程图如图1所示。所需的IGBT参数测试数据是从半导体制造商使用的基本设备测试电路中获得的。

损耗计算算法。

确定诸如IGBT的有源功率因数校正（PFC）电路，交流输出UPS系统和固态交流电动机驱动器之类的电源电路中的开关装置损耗非常复杂。开关设备的传导占空比和开关电流根据交流市电输入或交流输出电压的瞬时幅度不断变化。IGBT损耗是关断钳位电压，集电极电流和结温的复杂函数，这一事实使问题进一步恶化。图2的表面图中显示了480V的单个关断钳位电压的关断能量，集电极电流和结温之间的关系。

关断能量与集电极和连接点的关系。

传统的时域SPICE分析需要冗长的仿真，以生成大量的输出文件。代表IGBT开关特性的SPICE模型只能在预设结温下运行。此外，IGBT制造商的数据表没有提供足够的信息

来分析在所有开关条件下的器件损耗。

之前的工作

先前评估晶体管工作损耗以确定器件结温的努力并未以交互的方式将信息与器件特性相关联［2］，［3］，［4］。IGBT的传导损耗是传导电流和结温的函数。导通和关断开关损耗是IGBT集电极电压，电流和结温的函数。晶体管结温又是晶体管总损耗和散热器温度的函数。

方法

本文针对IGBT的关断，导通，导通和关断损耗开发了数学模型。这些模型基于通过曲线拟合实验室测试数据得出的方程式。这些方程式将IGBT损耗描述为结温，集电极电流和集电极钳位电压的函数。应用这些公式确定图3所示的连续模式升压PFC电路中晶体管Q1的总损耗。

IGBT关断损耗测试电路。

曲线拟合方程式中使用的经验数据是使用测试夹具开发的，这些夹具可以精确表示PFC电路的工作条件。

编辑：hfy