器件损耗计算

器件损耗计算

1. 开关器件损耗计算 U in

U BUS

-U BUS

SCR IGBT

图1 PFC-BOOST 原理图

输入电压wt V wt V t u in CP in sin 2sin )(??=?=；输入电流wt I t i CP in sin )(?=；输出电压BU S out V U =

1.1. IGBT 损耗

1.1.1 IGBT 导通损耗

IGBT 占空比

wt m V wt V U t u t D BUS in out in IGBT sin 1sin 21)(1)(?-=??-=-= 其中BUS in V V m ?=

2 IGBT 导通压降，工程处理上根据datasheet 上的特性曲线拟合出导通压降u CE (t)关于i C (t)的函数式

))(()(t i f t u C CE =

常以一次函数式表示

cond IG BT C CE CE R t i V t u _0)()(?+=

IGBT 导通损耗

??????=????=ππ20

0_)()()(21)()()(1dwt wt D wt i wt u dt t D t i t u T P C CE T C CE cond IGBT ?????=ππ0

)()()(21dwt wt D wt i wt u C CE ???-?????+?=ππ0

_0)sin 1()sin ()sin (21dwt wt m wt I R wt I V CP cond IGBT CP CE )3

4222(2_0_0CP cond IGBT CE CP cond IGBT CE CP I m R V m I R V I ???-??-??+?=πππ 1.1.2 IGBT 开关损耗

IGBT 开关损耗

????=T C CE SW IGBT dt t i t u T P 0

_)()(1 ????=ππ0

)()(21dwt wt i wt u C CE ??

?????+????=SW off on test test P BUS IGBT f E E I U I V n )(21π 其中，E on 和E off 为IGBT 的datasheet 上给出U test 和I test 条件下测试得到的开通和关断损耗，n IGBT 为桥臂上并联的IGBT 数目。

1.1.3 IGBT 输出电容充放电损耗

输出电容C oss ，IGBT 关断电压V ds_off （如何得到？测量？）

IGBT 输出电容充放电损耗

22

__cos off

ds oss SW loss s V C f P ??=

1.2. 二极管损耗

1.2.1 二极管导通损耗

二极管占空比

wt m t D t D IG BT diode sin )(1)(?=-=

二极管导通压降，工程上处理根据datasheet 上特性曲线拟合出导通压降u T (t)关于i T (t)的函数式

))(()(t i f t u T T =

常用一次函数式表示

cond diode T T T R t i V t u _0)()(?+=

二极管导通损耗

?????=T diode T T cond diode dt t D t i t u T P 0

_)()()(1 ?????=ππ0

)()()(21dwt wt D wt i wt u diode T T ????????+=ππ0

_0)sin ()sin ()sin (21dwt wt m wt I R wt I V CP cond diode CP T )3

42(2_0cond diode CP T CP R I V I m ??+??=ππ 1.2.2 二极管开关损耗

二极管开通损耗

????=T T T SW diode dt t i t u T P 0

_)()(1 ????=ππ0

)()(21dwt wt i wt u T T ????????????=SW rec test test CP BUS diode

f E I U I V n 121π 其中，E rec 为U test 和I test 测试条件下测试得到的开通损耗；n diode 为并联的二

极管数目。 1.3. SCR 损耗

1.4. 总结

开关管功耗 = 导通功耗 + 开关功耗

导通功耗计算常采用积分法

?????=T cond loss dt t D t i t u T P 0

_)()()(1 因此，求取导通损耗的主要任务为求取三个主要参数：u(t)，i(t)，D(t) 开关损耗计算常采用平均法

)(21_off on test

test CP CP SW SW loss E E I U I V f P +?????=π 其中，u(t)、E on 、E off 根据datasheet 得到。

2. 磁芯损耗计算

2.1. 线圈损耗

线圈设计需要考虑趋肤效应，趋肤深度

γ???=

?u w k 2 式中

u ——导线材料的磁导率； ργ1=——材料的电导率； k ——材料电导率（或电阻率）温度系数。 导线直径需要＞2△。

交流电阻与直流电阻之比为实际电流流过面积的反比

2

22

)2()2()2(?--=d d d R R dc ac 电阻好需要考虑温度

2.2. 磁芯损耗

磁芯损耗

e Fe core V P P ?=

式中 P Fe ——单位体积磁芯损耗

磁芯datasheet 上会给出磁损公式 d c SW Fe B f a P max ??=

可以根据datasheet 上的磁损曲线求得磁损关于B max 的函数式。那么求取磁芯损耗的主要任务就是求取磁场强度最大值B max 。

电感

电感磁链表达式

e A t B N t i L ??=?)()(

L 为工作实际计算的电感

变压器

dt

dB A N dt d N V e ??=?=φ 双向磁化e on A N T V B dB ??=?=max 2 单向磁化e on A N T V B dB ??==max