英飞凌IGBT功耗计算
IGBT驱动电流及驱动功率的计算
IGBT驱动电流及驱动功率的计算IGBT驱动电路的设计包括上下桥绝缘水平的选择、驱动电压水平的确定、驱动芯片驱动功率的确定、短路保护电路等等。
今天我们重点讨论一下驱动电流以及功率的确定，也就是说如何确定一个驱动芯片电流能力是不是可以驱动一个特定型号的IGBT，如果不能驱动该如何增强驱动输出能力。
01、驱动芯片峰值电流的计算在选择IGBT驱动芯片时，很重要的一步就是计算IGBT所需要的最大驱动电流，在不考虑门极增加Cge电容的条件下，可以把IGBT驱动环节简化为一个RLC电路，如下图阴影部分所示。
求解这个电路可以得到峰值电路的关系式如下：I peak：驱动环节可以输出的最大电流ΔU ge：门极电源最大值减去最小值R G,ext：外部门极电阻值，R G,int为器件内部的电阻值从上面公式可以看出最大驱动电流取决于门极电压水平，以及门极电阻值，一旦这两个参数确定后，所需要的最大驱动电流基本确定。
当然，在一些设计中会选用不同的开通关断电阻，那么就需要分别计算开通关断需要的电流。
依据上述计算的开通关断电流值可以初步选择芯片的驱动电流，芯片数据手册给出的峰值不能小于计算得到的电流值，并且适当考虑工程余量。
02、推挽电路放大电路增加驱动电流如果驱动芯片的输出电流不能驱动特定IGBT的话，比较简单的方法是采用推挽电路进一步增强驱动芯片的峰值电流输出能力。
采用三极管放大是一种常用的方式，其计算步骤如下：（1）根据选择的驱动电压水平以及门极电阻计算得到需求的最大峰值电流I peak （2）选择合适耐压的PNP/NPN三极管组成推挽电路（3）查所选择的三极管数据手册中的电流传输系数h FE，计算得到三极管的基极电流（4）计算驱动芯片输出极的输出电阻上述步骤给出了BJT作为推挽放大电路时一般的步骤，需要着重考虑的是BJT的耐压以及基级电阻的匹配。
由于使用BJT做推挽放大设计设计比较简单，因此在设计中得到广泛的应用。
在大功率应用场合比较常用的BJT三极管型号有MJD44/45H11(80V)等。
IGBT耗散功率计算
IGBT耗散功率计算IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种常用的功率开关器件，它在大功率应用中具有较低的开关损耗和较高的效率。
在使用IGBT 进行功率开关控制时，需要计算和考虑其耗散功率。
IGBT的耗散功率包括开关损耗和导通损耗两部分。
开关损耗是指在IGBT的开关过程中由于开关速度较快而产生的能量转损。
导通损耗是指当IGBT导通时因芯片内部电阻和开关电压而产生的功率损耗。
首先，我们来计算开关损耗。
开关损耗通常由开关频率、电流和电压决定。
开关损耗可以分为开关开启损耗和开关关闭损耗两个部分。
当IGBT 开启时，电流会从0到其极大值快速增加，此过程中会有一个过渡阶段，电压降过渡为低电压，并且会有一个反向电流。
开关关闭时，电流会从其极大值快速减小为零，此过程中同样会有过渡阶段。
开关开启损耗可以通过以下公式计算：P_on = V_on * I_Cin * f_s其中P_on 是开关开启损耗；V_on 是开启过程中的电压降；I_Cin 是开启过程中的输入电流；f_s是开关频率。
开关关闭损耗可以通过以下公式计算：P_off = V_off * I_CEoff * f_s其中P_off 是开关关闭损耗；V_off 是关闭过程中的电压降；I_CEoff 是关闭过程中的输出电流。
接下来，我们计算导通损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：P_cond = V_CEon * I_Cavg其中P_cond 是导通损耗；V_CEon 是导通过程中的电压降；I_Cavg 是导通过程中的平均电流。
综上所述，IGBT的总耗散功率可以通过以下公式计算：P_total = P_on + P_off + P_cond这些公式可以帮助我们计算IGBT的耗散功率。
在实际应用中，还需要考虑散热器的散热能力，以确保IGBT的工作温度在可接受范围内。
为了实现更加精确的功率计算，需要准确测量和获得所需的电流和电压参数。
英飞凌mos损耗计算
英飞凌mos损耗计算
英飞凌（Infineon）的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常见的功率器件，用于各种电子设备和系统中。
MOSFET 的损耗计算是指在MOSFET工作时产生的功耗和热量损失的计算。
这些损耗主要包括导通损耗和开关损耗。
首先，导通损耗是指MOSFET处于导通状态时的功耗。
这部分损耗主要由通态电阻和导通时的电流大小决定。
通态电阻会导致功率损耗，而电流大小会影响导通损耗的大小。
通态电阻可以通过MOSFET的数据手册或者参数表来获取，而电流大小可以根据具体的电路工作条件来计算。
其次，开关损耗是指MOSFET在开关过程中产生的功耗。
这部分损耗主要由开关时的电压和电流变化引起的导通和截止过程中的能量损失所决定。
开关损耗可以通过计算开关过程中的电压和电流波形来估算。
另外，还需要考虑MOSFET的热阻和热容，以及工作温度等因素对损耗的影响。
热阻和热容会影响MOSFET的温度上升速度和最终温度，进而影响损耗的大小。
综合考虑以上因素，可以通过计算导通损耗和开关损耗的方式来得到MOSFET的总损耗。
在实际应用中，还需要根据具体的电路工作条件和要求来进行精确的损耗计算，以确保MOSFET的正常工作和系统的稳定性。
总的来说，英飞凌MOSFET的损耗计算涉及到多个因素，包括导通损耗、开关损耗、热阻、热容和工作温度等。
通过综合考虑这些因素并进行精确的计算，可以得到MOSFET的总损耗，从而为电子设备和系统的设计和应用提供参考依据。
IGBT耗散功率计算
IGBT 耗散功率计算不管是正常负荷还是超负荷，IGBT安全工作必须确保结温T i 不超过片皿⑰。
—一关于IGBT及损耗IGBT模块由IGBT本部和续流二极管FWD组成，各自发生的损耗的合计为IGBT模块整体损耗；同时，IGBT的损耗又分为通态（稳态）损耗和交换（开关）损耗。
1 GET总扌員耗PtoLal通态损耗可通过稳态输出特性计算；交换损耗可通过交换损耗-集电极电流特性来计算二IGBT （本部）耗散功率计算1、通态功耗的计算开逢损耗T=亍 /\(上)*" IGBT 通态平均功耗是■ 通态损耗近似是P sat = V CE(sat) X^CE(sat) IGBT 饱和J k 降l c -一集电极电流D] 占空比I 和V C E 的波形，对其进行积分T T(积分时间是开通时间 '或关断时间')关断损耗：'N ' ?11'-的积分面积是以焦耳为单位的开关能量。
总的开关损耗是开通与关断过程所损耗能量之和，平均开关损耗是单位脉冲开关损耗与开关频率相乘后得到: 实际上E ON 和可由交换损耗-集电极电流特性曲线来估算 大多数IGBT 都会提供交换损耗与集电极电流特性曲线，如下图: Sct«aitw1us.teswrtehanQ losses (G EJ T —Verter 电typ.ca 口 耳・=t He).丘■” = T (lc)V GE = ±15 V. FUif = 0,91 Q t 尺 j” = 1.2 a” V CE = 1800 V, T wJ — T25・U. C GE = N2O nF2、 PWM 应用时，近似通态损耗 开关损耗计算Psat = V CE(sat) X I c X D y开关损耗精确计算：测量开关过程中 开通损耗:[MJJw-v CE(sat)(t )*dt [] p-1 sw(on) t on u =f -/L (t)・ v CE(sat)(t )・ d依据IGBT实际流过的电流值，查曲线得到E ON和E o(r,即可计算平均开关损耗：卩加二^WM % t E ON + E O F J3、IGBT本部总损耗是通态损耗和开关损耗之和P igbt = P sat + P sw三IGBT(FWD-二极管部)功率损耗P FWD =V F X I。
正确理解IGBT模块规格书参数
正确理解IGBT模块规格书参数本文将阐述IGBT模块手册所规定的主要技术指标，包括电流参数、电压参数、开关参数、二极管参数及热学参数，使大家正确的理解IGBT模块规格书，为器件选型提供依据。
本文所用参数数据以英飞凌IGBT模块FF450R17ME3 为例。
一、电流参数1. 额定电流（IC nom）大功率IGBT模块一般是由内部并联若干IGBT芯片构成，FF450R17ME3内部是3个150A 芯片并联，所以标称值为450A额定电流可以用以下公式估算：Tjmax–TC= VCEsat·IC nom·RthJCVCEsat 是IC nom的函数，见规格书后图1，采用线性近似VCEsat=(IC nom+287)/310 Tjmax=150℃,TC=80℃,RthJC =0.055K/W计算得：IC nom=500A2. 脉冲电流（Icrm 和Irbsoa）Icrm是可重复的开通脉冲电流（1ms仅是测试条件，实际值取决于散热情况）Irbsoa 是IGBT可以关断的最大电流所有模块的的Icrm和Irbsoa都是2倍额定电流值3. 短路电流ISC短路条件:t<10μs,Vge<15V,Rg>Rgnom(规格书中的值)，Tj<125℃短路坚固性ØIGBT2为平面栅IGBT:5-8倍ICØIGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC二、电压参数1. 集电极-发射极阻断电压Vces测量Vces时，G/E两极必须短路Vces为IGBT模块所能承受的最大电压，在任何时候CE间电压都不能超过这一数值，否则将造成去器件击穿损坏Vces和短路电流ISC一起构成了IGBT模块的安全工作区：RBSOA图由于模块内部寄生电感△V=di/dt*Lin 在动态情况下，模块耐压和芯片耐压有所区别2. 饱和压降VCEsatIFX IGBT的VCEsat随温度的升高而增大，称为VCEsat具有正温度系数，利于芯片之间实现均流VCEsat 是IC的正向函数，随增大而增大ICVCEsat的变化VCEsat随IC的增大而增大VCEsat随VG的减小而增大VCEsat 值可用来计算导通损耗对于SPWM 控制, 导通损耗是:三、开关参数1. 内部门极电阻RGint为了实现模块内部芯片的均流，模块内部集成了内部门极电阻。
如何计算IGBT的驱动功率？
如何计算IGBT的驱动功率？展开全文确定门极电荷Qg和门极电容对于设计一个驱动器来说，最重要的参数莫过于门极电荷Qg的大小，同时确定实际的门极输入电容Cies的大小，因为Datasheet中给到的输入电容大小一般是个参考值，确定实际门极输入电容是一重要意义的。
我们可以通过测量门极的充电过程来确定实际输入结电容Cin的大小。
首先，在负载端没有输出电压的情况下，我们可以进行下面这样的计算：门极电荷Qg=∫idt=C*ΔV确定了门极电荷Qg之后，我们可以通过门极充电过程中的门极电压上升过程，示波器可以测量出ΔV，那么利用公式可以计算出实际的门极输入电容Cin=Qg/ΔV这里的测得的实际输入结电容Cin在我们的设计中是具有很大意义的。
1.关于Ciss在IGBT的Datasheet中，我们经常会看到一个参数Ciss，在实际电路应用中，这个参数其实并不算一个很有用的参数，是因为它是通过电桥测得的，由于测量电压太小而不能达到门极的门槛电压，实际开关过程中的miller效应并没有能包涵在内。
在测量电路中，一个25V的电压加在集电极上，在这种测量方法下测得的结电容要比Vce=0的时候要小一些，因此，规格书中的Ciss这个参数一般用于IGBT相互做对比时使用。
一般我们使用下面的经验公式根据规格书的Ciss来计算输入电容Cin的大小Cin=5Ciss2.驱动功率的计算接下来让我们看看应该如何来计算驱动功率。
在输入结电容中存储的能量可以通过如下公式计算：W=1/2*Cin*ΔU?其中，ΔU是门极上上升的整个电压，比如在±15V的驱动电压下，ΔU就是30V。
在每个周期，门极被充电两次，一个IGBT所需的驱动功率我们可以按下式计算：P=f*Cin*ΔU?如果门极电荷先前通过测量得到了，那么P=f*Qg*ΔU这个功率是每个IGBT驱动时所必须的，但门极的充放电时基本没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻和外部电路中。
IGBT的驱动特性及功率损耗计算
IGBT的驱动特性及功率损耗计算IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
IGBT的驱动特性和功率损耗计算是研究和设计IGBT电路时重要的考虑因素。
以下是对IGBT驱动特性和功率损耗计算的详细介绍。
一、IGBT的驱动特性1.输入阻抗：IGBT的输入阻抗较高，通常在几百欧姆到几兆欧姆之间，可以接受微弱的输入信号。
2.输入电容：IGBT的输入电容通常较大，约为几十皮法（pF），需要充放电过程来实现开关控制。
3.驱动电压：IGBT的驱动电压通常在12V至15V左右，在工作过程中，需要适当控制驱动电压的大小和时间，以保证其正常工作。
4.驱动电流：IGBT的驱动电流是驱动IGBT的关键参数，通常需要较大的驱动电流来保证IGBT的稳定工作。
5.驱动方式：常见的IGBT驱动方式有电流驱动和电压驱动两种。
电流驱动方式可以提供更好的保护性能和更高的驱动能力。
6.驱动信号：IGBT的驱动信号通常为脉宽调制（PWM）信号，通过控制脉宽来调节流过IGBT的电流，从而实现对电路的开关控制。
7.驱动时间：IGBT的驱动时间是指IGBT从关断到导通或从导通到关断的时间，通常需要较短的驱动时间来保证IGBT的快速开关。
IGBT在工作过程中会产生一定的功率损耗，包括导通损耗、关断损耗和开关损耗。
功率损耗的计算对于设计IGBT电路和散热系统非常重要。
1.导通损耗：IGBT在导通状态下会有一定的导通电压降和导通电流，导致功率损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：Pcon = Vce × Ic其中，Pcon为导通损耗，Vce为导通电压降，Ic为导通电流。
2.关断损耗：IGBT在关断过程中会有一定的关断电流和关断电压降，导致功率损耗。
关断损耗可以通过以下公式计算：Pdis = Vce × Ic × td其中，Pdis为关断损耗，Vce为关断电压降，Ic为关断电流，td为关断时间。
IGBT门极驱动的计算
2008-11-19
IGBT门极驱动的计算
! 计算IGBT的门极电流
! 计算驱动电流
"
Iout≥3A,即电源的至 少要能提供3A的峰值电 流给IGBT的门极（此时 还没有考虑到Rg的误差）
驱动器输出电流不小于门极电流： IOUT
∆U I ≥ = G max R G min
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IGBT门极驱动的计算
! 确定IGBT的门极电荷和门极电容
! 确定IGBT的门极电荷和门极电容
"
Q = ∫ idt = C • ∆U
" CIN =
Q ∆U
等效输入电容
PD=0.48W, 假设开 关频率是20kHz
假设驱动器本身消耗 0.5W的功率 P=0.98W, 即电源消耗 的最小平均功率，实际 计算的时候考虑一到两 倍的余量，因此功率约 为2W
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! 注释
"
每一个时钟周期内门极电荷各一次充放电
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IGBT门极驱动的计算
! 计算驱动功率
! 计算驱动功率
"
输入电容中储存的能量： W = • CIN • ∆U 2
1 2
∆U=30V, 即门极电 压从-15V变化到+15V
" " " "
IGBT 在开关频率为f的条件下的驱动功率为：P = f • CIN • ∆U 2 或者，在门极电荷给定的条件下表述为：PD = f • Q • ∆U 除此之外还要考虑到驱动器本身的静态损耗：Pstatic 因此IGBT的驱动功率为： P = PD + Pstatic
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Infineo n IGBT 模块功耗计算
V7.5c 东方科技
module
selection
for 3-phase
inverter
application
s
ECM-340选定模块输入参数直流电压V dc 960V
输出频率f 050Hz
开关频率f s 600Hz
调制系数m 0.8
功率因数
φ0.9输出电流
I RMS 170A 热参数
最大结温
T j 125°C 最大环境
温度 T a 40°C
每桥臂散
热器热阻R th 0.15K/W
结到壳热
阻 R jc IGBT:0.085DIODE:0.13 K/W 壳到散热器热阻R ch IGBT:0.033DIODE:0.051 K/W
每桥臂热
阻 R arm R jc =0.051 R ch =0.020 K/W 模块热阻
R moudle R jc =0.026 R ch =0.010 K/W 芯片损耗（170A ）IGBT Diode 导通损耗
P cond 112W 26W 开关损耗
P SW 32W 13W 总损耗144W 39W P RCC'EE'=11W Per Arm P 总=183.3W P 总=366.6W P RCC'EE'损耗
通过接线端
子散发出
去，极端条件下也会进
入基板。
温度（170A ）Diode
最大结温
T j 77°C D T j 最小结温
T j 75
°C 1K 壳温 T c 71°C
散热器温
度 T hs 69°C
最大电流
Tj <= 125°C 312A
温度（311.7A ）Diode 最大结温
T j 125
°C D T j 最小结温
T j 122
°C 3K 壳温 T c 114°C 散热器温
度 T hs 110°C 损耗 vs.电流I RMS I peak P IGBT P diode P RCC'EE'Tj_diode
[A][A][W][W][W][°C]213012114642602514149649040181528512058223571061507626461138195108327681702401443910772123001984916892763902936628111339480404854213642460057711465176FF300R17KE3 >>Diode 62mm HB
average losses for sinusoidal output current at 600 Hz
switching frequency
losses and corresponding junction temperature ripple for the diode at Irms =170A case-to-heatsink and heatsink-to-ambient for Ta = 40°C
and a given heatsink
temperature distribution across diode junction-to-case,
0100
2003004005006007008000100200300400500
W A RMS 损耗(IGBT) / W 损耗(diode) / W 每桥臂损耗(IGBT + diode) / W max. losses (IGBT)
@ Tcase=80°C
max. losses (diode)
@ Tcase=80°C
405060
708090100110120130140150021426485106138170212276339424℃
A RMS
T j-c
T c-hs T hs-a Tjmax = 125°C 71727374757677
0204060801001201400.0000.0050.0100.0150.020
℃
W
s
损耗p(t)平均损耗
温度波动
Infineon 计算程序，/iposim 内部资料 结构室整理2022/2/24。