如何手动计算IGBT的损耗 (如何手动计算开方)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}现今随着高端测试仪器和*软件的普及，大部分的损耗计算都可以使用工具自动完成，节省了不少精力，不得不说这对工程师来说是一种解放，但是这些工具就像黑盒子，好学的小伙伴总想知道工作机理。其实基础都是大家学过的基本高等数学知识。今天作者就帮大家打开这个黑盒子，详细介绍一下IGBT损耗计算方法同时一起复习一下高等数学知识。我们先来看一个IGBT的完整工作波形：

整理分享如何手动计算IGBT的损耗 (如何手动计算开方)，希望有所帮助，仅作参考，欢迎阅读内容。

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IGBT的损耗可以分为开关损耗和导通损耗，其中开关损耗又分为开通和关断两部分，下面我分别来看一下各部分的计算推导过程。开关损耗-开通部分我们先来看一下理想的IGBT开通波形：

我们需要先分别写出电流和电压的线性方程，先看电流线性方程：分别找到电流开关波形中的两个坐标(0,0)和(Δt_on,Ic),那么电流线性方程：

电压线性方程，同样找到电压波形中的两个坐标(0,Vce),(Δt-on,0),那么电压线性方程：

根据损耗计算的定义：

这样开关损耗中的开通部分计算公式我们就推导完成了，那是不是我们有了计算公式就可以直接用了呢？我们先来看看实际的开通波形：

上图是实测的IGBT开通波形，蓝色是Vce波形，红色是Ic波形。可以看到Ic在整个上升过程中还是比较线性的，但是Vce在跌落的时候斜率分成了几段，这个时候我们推导的理想开关波形的损耗似乎就没什么用了，那如何维修呢？其实虽然我们之前的推导结果不能直接用，但是推导过程我们还是可以借鉴的，我们可以把整个波形根据Vce的斜率分成几个部分来近似计算，如下图所示，对应时间分别是Δt1,Δt2,Δt3。

我们先来计算Δt1部分的损耗：

如上图，我们先找到电压和电流波形与Δt1时间标注线的四个交点，标注为：A(0,Vce1),B(Δt1,Vce2),C(0,0),D(Δt1,Ic1).Δt1内的Vce表达式：

Δt1内的Ic表达式：

Δt1内的损耗表达式及推导：

从波形中可以读出:Vce1=V,Vce2=V,Ic1=.3A,Δt1=ns,带入上面公式可以得到：

我们用同样的方法计算Δt2部分：同样先找到电压和电流波形与Δt2时间标注线的四个交点:E(0,Vce2),F(Δt2,Vce3),G(0,Ic1),H(Δt2,Ic2).

Δt2内的Vce表达式：

Δt2内的Ic表达式：

Δt2内的损耗表达式及推导：

从波形中可以读出:Vce3=V,Vce2=V,Ic1=.3A,Ic2=.3AΔt2=ns,带入上面公式可以得到

最后是Δt3部分：四个交点:I(0,Vce3),J(Δt3,Vce3),K(0,Ic2),L(Δt3,Ic3).

Δt3内的Vce我们取近似常数：

Δt3内的Ic表达式：

Δt3内的损耗表达式及推导：

从示波器中可以读出:Vce3=V,Ic2=.3A,Ic3=AΔt3=ns,带入上面公式可以得到

这样把三部分算好加起来就是开通的总损耗：

导通部分损耗计算IGBT导通状态下处于饱和状态，我们只需要对导通状态下的饱和电压Vce和电流Ic乘积积分就可以：

但是导通状态下的Vce实际是和Ic关联的，Vce会随着Ic的变化而变化，我们直接拿下面的实际测试波形来举例分析：

从波形上看，Ic在IGBT导通状态下是线性上升的，对应的Vce应该也是线性增加的，但是因为实际测试中Vce有高压状态的原因，我们会选择高压差分*测试。当IGBT导通时Vce只有1-2V,这时差分*对低压部分的测试精度就成了问题，那么我们怎么近似的计算这部分导通损耗呢？我们可以参考规格书中的Vce曲线：

实际测试波形电流在A左右，所以我们把A左右的曲线单独放大取出来：

Vce表达式：

然后我们来看电流部分，首先我们在波形上取A，B两点，导通时间Δt,如下：

两个点坐标：A(0,Ic1),B(Δt,Ic2)：Δt内的Ic表达式：

Δt内的导通损耗表达式及推导：

从波形中可以读出:Ic1=9.5A,Ic2=A,Δt=us,带入上面公式可以得到

注：关于Vce-Ic曲线，规格书中通常会提供常温(度)和高温(度或者度)两种，为了贴近实际工作状态，建议选择高温曲线。开关损耗-关断部分先看理想的IGBT关断波形：

电流线性方程，分别找到电流开关波形中的两个坐标(0,Ic)和(Δt_off,0),那么电流线性方程：

电压线性方程，同样找到电压波形中的两个坐标(0,0),(Δt_off,Vce),那么电压线性方程：

根据损耗计算的定义：

实际的关断波形：

基于上面实际关断波形的损耗计算，想给大家留个作业，计算方法可以参考开通损耗部分的计算推导过程，感兴趣的小伙伴可以试一下。这样损耗的计算方法介绍完了，我们对于基础高等数学知识的复习也告一段落。来源：邱玉强，田斌英飞凌