二极管的功率损耗分析和计算
整流二极管损耗计算
整流二极管损耗计算
在电子电路中，整流二极管是一种常见的电子元件，用于将交
流电信号转换为直流电信号。
然而，在整流过程中，二极管会产生
一定的损耗。
因此，了解和计算整流二极管的损耗对于电路设计和
性能优化至关重要。
整流二极管的损耗主要包括两部分，导通损耗和反向恢复损耗。
首先是导通损耗。
当二极管处于导通状态时，会有一个正向电
压降，导致二极管内部产生功率损耗。
这个损耗可以通过正向电压
降和电流大小来计算，通常使用下式进行计算：
正向导通损耗 = 正向电压降× 正向电流。
其次是反向恢复损耗。
在二极管从导通到截止的过渡过程中，
存在一个瞬间的反向电流。
这个瞬间反向电流会导致反向恢复损耗。
反向恢复损耗通常通过反向电压和反向电流来计算，使用下式进行
计算：
反向恢复损耗 = 反向电压× 反向电流。
综合考虑导通损耗和反向恢复损耗，可以得到整流二极管的总
损耗。
在电路设计中，需要合理选择二极管的额定电流和反向电压，以最小化损耗并确保电路的稳定性和可靠性。
在实际应用中，可以通过仿真软件或者实际测量来验证和优化
整流二极管的损耗。
通过合理的损耗计算和优化，可以提高电路的
效率和性能，从而更好地满足实际需求。
因此，对整流二极管的损耗进行准确的计算和分析，对于电子
电路设计和性能优化至关重要。
只有充分理解和控制二极管的损耗，才能设计出更加稳定、高效的电子电路。
电力电子器件损耗的测试与计算研究
电力电子器件损耗的测试与计算研究夏兴国【摘要】电力电子器件是功率变换装置系统的主要组成部分，在工作中会产生功率损耗，降低了能量转换效率，损耗过大还会影响到器件自身安全和系统的性能指标。
以Buck电路为对象作为器件IGBT损耗测试的实验平台，设定了几种器件损耗的主要影响因素，并建立基准值。
通过这些影响因素的来同取值对IGBT反复测试，测出示波器中IGBT工作时的电压和电流波形后，转化成数据的方式来保存输出结果到计算机，利用算法编程来计算出相应损耗功率值。
最后，对影响损耗的相关因素进行分析和总结。
%Power electronic devices produced power loss in its work, which was the main component of the power converter system, and reduced the energy conversion efficiency, excessive loss also menaced the device's own security and performance indicators. The experimental platform of the IGBT loss test based on the Buck circuit, and the main influencing factors are set up, and the reference value is established. The voltage and current waveforms of the IGBT in the oscilloscope are measured after the IGBT losses are repeated testing with the different values of the influence factors, and saved the output of the data to the computer, used the algorithm programming to calculated the corresponding loss power value. In the end, the related factors affecting the loss are analyzed and summarized.【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】电力电子器件;IGBT;开关损耗;功率损耗;测试【作者】夏兴国【作者单位】马鞍山职业技术学院，安徽马鞍山 243031【正文语种】中文【中图分类】TP301.6随着电力电子器件开关频率的提高和开关容量的增加，如何正确计算出器件工作的功率损耗，对选取合适的器件及散热装置、电路拓扑和优化策略中都起到了重要作用。
二极管损耗计算方法
二极管损耗计算方法引言：二极管是一种常见的电子器件，广泛应用于电子电路中。
在使用二极管时，我们需要了解其损耗情况，以确保其工作在安全范围内。
本文将介绍二极管损耗的计算方法，帮助读者更好地理解和应用二极管。
一、二极管的基本结构和工作原理二极管由PN结构组成，其中P区富集了正电荷，N区富集了负电荷。
当施加正向偏置电压时，电子从N区流向P区，形成电流；而当施加反向偏置电压时，电子无法通过PN结，形成截止状态。
二极管的主要特性包括正向电压降和反向击穿电压。
二、二极管的损耗类型二极管的损耗主要分为正向损耗和反向损耗两种类型。
1. 正向损耗正向损耗是指二极管在正向工作状态下的功率损耗。
当二极管导通时，会有一定的电压降，导致功率损耗。
正向损耗的计算方法如下：正向损耗功率P = 正向电流I * 正向电压降Vf2. 反向损耗反向损耗是指二极管在反向工作状态下的功率损耗。
当二极管反向击穿时，会有电流流过，导致功率损耗。
反向损耗的计算方法如下：反向损耗功率P = 反向电流Ir * 反向电压Vr三、二极管损耗计算实例为了更好地理解二极管损耗的计算方法，我们来看一个实际的例子。
假设我们有一枚二极管，其正向电流为10mA，正向电压降为0.7V，反向电流为1μA，反向电压为50V。
我们可以按照上述计算方法，计算出该二极管的正向损耗和反向损耗。
1. 正向损耗计算：正向损耗功率P = 正向电流I * 正向电压降Vf= 10mA * 0.7V= 7mW2. 反向损耗计算：反向损耗功率P = 反向电流Ir * 反向电压Vr= 1μA * 50V= 50μW根据计算结果可知，该二极管的正向损耗为7mW，反向损耗为50μW。
结论：通过上述计算实例，我们可以看出，二极管的损耗主要取决于正向电流和反向电流的大小，以及正向电压降和反向电压的数值。
在实际应用中，我们需要根据二极管的规格和工作条件，合理选择二极管以确保其在安全范围内工作。
总结：本文从二极管的基本结构和工作原理入手，介绍了二极管的损耗类型及其计算方法。
二极管功率损耗
二极管功率损耗二极管（Diode）是一种常见的电子元件，具有单向导电性质。
在电子电路中，二极管常用于整流、开关和保护电路等应用。
然而，二极管在正向导通和反向截止时都会产生功率损耗。
本文将详细探讨二极管功率损耗的原因、计算方法以及减少功率损耗的措施。
一、功率损耗的原因当二极管正向导通时，其具有很低的导通电阻，电流 flowing through the diode被称为正向电流（IF）。
正向电流流过二极管时，二极管内部会产生一定的电压降（VF），同时也会有功率损耗。
功率损耗主要来自以下两个方面：1. 导通电压降正向电流通过二极管时，会使二极管内部PN结附近的电压出现降低，形成导通电压降。
这个电压降大小与二极管内阻及通过电流大小有关。
导通电压降引起的功率损耗可以通过以下公式计算： Pd = IF * VF式中，Pd为二极管的功率损耗，IF为正向电流，VF为导通电压降。
2. 导通电流引起的热损耗正向电流通过二极管时，会产生一定的热消耗。
这是因为通过导通电流引起的电阻内部会产生一定的热量，影响二极管的工作温度。
热损耗可以通过以下公式计算：Pth = IF^2 * Rth式中，Pth为热损耗，IF为正向电流，Rth为二极管的热阻。
二、功率损耗的计算方法为了准确计算二极管的功率损耗，我们需要了解二极管的参数，其中包括导通电压降（VF）、正向电流（IF）和热阻（Rth）。
这些参数通常由供应商提供或从二极管规格书中获取。
1. 导通电压降的获取导通电压降是指正向电流通过二极管时，二极管内部PN结附近的电压降。
这个参数通常在二极管规格书中可以找到，或者可以通过测试仪器进行测量得到。
2. 正向电流的确定正向电流是指通过二极管时的电流大小。
在设计电路时，通过对电路进行分析和计算，可以确定二极管的正向电流。
3. 热阻的获取热阻表示二极管在热传导过程中的阻力大小。
从二极管规格书或供应商提供的数据中，我们可以获取热阻的数值。
逆变模块计算每个IGBT的平均通态损耗=200×414×5×0
一、逆变模块计算(1) 每个IGBT 的平均通态损耗()1(cos )83sat cp CE sat D P I V θπ=⨯⨯+=200×1.414×1.5×0.211=89.5W(2) 每个IGBT 的平均开关损耗()()1[]SW on off PWMP E E f π=+⨯=0.318×（100+100）×1000/1000=63.6W(3) 每个IGBT 的总功耗 T sat SW P P P =+=89.5+63.6=153.1W(4) 反并联续流二极管的通态平均功耗1(cos )83D CP F D P I V θπ=⨯-=200×1.414×1.4×0.031=12.3W(5) IGBT 和反并联二极管的功耗A T D P P P =+=153.1+12.3=165.4Wcp I 为输出正弦电流峰值；D 为PWM 信号占空比，取0.9；θcos 为功率因数，取0.9； on E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的开通能量；off E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的关断能量；PWM f 为PWM 开关频率；)(sat CE V 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下，IGBT 的饱和压降；F V 为反并联二极管导通压降。
对于三电平逆变器，耗散总功率为IGBT 损耗功率与箝位二极管损耗功率之和， Total P =A P ×12+D P ×6=2058.6W结温核算：)(c j th T C j R P T T -⨯+== 80+153.1×0.04=86<125C ︒从而可算出逆变模块所选散热器的热阻：Total a c sa P T T R /)(max -=θ×3=686.2max c T 是设计结温时j T =125C ︒，允许的最大壳温max c T =80C ︒；a T 为设计中的最高环境温度，a T =40C ︒sa R θ=0.058C ︒/W二 、整流模块计算（1）每个IGBT 的平均通态损耗()1(cos )83sat cp CE sat D P I V θπ=⨯⨯+=260×1.414×1.8×0.211=139.6W（2）每个IGBT 的平均开关损耗()()1[]SW on off PWMP E E f π=+⨯=0.318×（130+130）×1000/1000=82.7W（3）每个IGBT 的总功耗 T sat SW P P P =+=139.6+82.7=222.3W（4）反并联续流二极管的通态平均功耗1(cos )83D CP F D P I V θπ=⨯-=260×1.414×1.6×0.031=18.2W（5）IGBT 和反并联二极管的功耗A T D P P P =+=222.3+18.2=240.5Wcp I 为输出正弦电流峰值；D 为PWM 信号占空比，取0.9；θcos 为功率因数，取0.9； on E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的开通能量；off E 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下从曲线可查到的关断能量；PWM f 为PWM 开关频率；)(sat CE V 为j T =125C ︒时，峰值电流cp I 下，IGBT 的饱和压降；F V 为反并联二极管导通压降。
igbt损耗计算
开关损耗
导通损耗：
Pc=I
DSU
ONδ：
导通工作电流*压降*占空比=20*1.8*0.85=31
300A*1.7V*.85=450
Ps=24*20*(500+600)ns*8k/2=2.12
300V*300A*(550+300)*8k/2=330
总的igbt+二极管损耗40w,800W
设环境温度35
则结温=35*0.8+8*3.4+35=85度。
在允许温度内
0.11*800+35+150*0.18=150度，对于cm600dy-12NF 已达到允许结温，必须散热。
散热计算：
1.电器热量(H)=热功率(P)*秒(t)/4.2单位焦耳
空气冷却器最高传热系数600kcal/m2/h/摄氏度,考虑实际情况取200，设热传递总温差为5度，则散热器鳍片面积
空气流量小时对于此类应用有一个风扇就行了
经验估算：
每瓦功率需要散热面积大约6平方厘米。
小于计算值每瓦功率需要风量0.54CFM（立方英尺/分）（0.986m^3/小时）40*0398近似等于计算值。
1/ 2
对于1000waigbt全桥需要散热面积为6000平方厘米
风量1000立方米/小时。
计算风扇尺寸转速：
风量60/转速（2000/min）则每转风量=0.085m^3,风速设定为3m/s则风扇面积=0.03m^2,边长选择20cm
转速2000，面积20*20cm^2,出口风速大于3m。
2/ 2。
IGBT损耗的计算步骤与方法
IGBT损耗的计算步骤与方法IGBT损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间：2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的IGBT损耗模型和基于数学结构的IGBT损耗模型。
基于物理结构的损耗模型通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT的特性，利用仿真软件仿真IGBT在各种工作情况下的电压、电流波形。
从而计算得到IGBT的损耗。
基于数学方法的IGBT损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。
然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。
IGBT 典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）如图1所示。
这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCEN为额定电流下的额定电压（由制造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。
二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为VFO 为门槛电压，典型值为0.7V。
图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。
假设电源的开关波形如图2所示。
图2 电源开关波形（1）功率损耗计算IGBT的功率损耗，首先来计算1个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图3所示。
图3 单个脉冲IGBT的功率损耗1）使用VCE(sat），VSIC特性曲线计算导通损耗，一般采用TJ=25℃时的特性曲线。
（3）2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。
干货 一文搞懂IGBT的损耗与结温计算
与大多数功率半导体相比，IGBT 通常需要更复杂的一组计算来确定芯片温度。
这是因为大多数IGBT 都采用一体式封装，同一封装中同时包含IGBT 和二极管芯片。
为了知道每个芯片的温度，有必要知道每个芯片的功耗、频率、θ 和交互作用系数。
还需要知道每个器件的θ 及其交互作用的psi 值。
本应用笔记将简单说明如何测量功耗并计算二极管和IGBT 芯片的温升。
损耗组成部分根据电路拓扑和工作条件，两个芯片之间的功率损耗可能会有很大差异。
IGBT 的损耗可以分解为导通损耗和开关（开通和关断）损耗，而二极管损耗包括导通和关断损耗。
准确测量这些损耗通常需要使用示波器，通过电压和电流探针监视器件运行期间的波形。
测量能量需要用到数学函数。
确定一个开关周期的总能量后，将其除以开关周期时间便可得到功耗。
图 1. TO−247 封装，显示了IGBT 芯片（左）和二极管芯片（右）图 2. IGBT 开通损耗波形将开通波形的电压和电流相乘，即可计算出该周期的功率。
功率波形的积分显示在屏幕底部。
这就得出了IGBT 开通损耗的能量。
功率测量开始和结束的时间点可以任意选择，但是一旦选定了一组标准，测量就应始终遵循这些标准。
IGBT导通损耗图 3. IGBT 传导损耗波形导通损耗发生在开通损耗区和关断损耗区之间。
同样应使用积分，因为该周期内的功率并不是恒定的。
图 4. IGBT 关断损耗波形开通、导通和关断损耗构成了IGBT 芯片损耗的总和。
关断状态损耗可以忽略不计，不需要计算。
为了计算IGBT 的总功率损耗，须将这三个能量之和乘以开关频率。
IGBT 损耗必须使用阻性负载或在负载消耗功率的部分周期内进行测量。
这样可消除二极管导通。
图 5. 二极管导通损耗波形FWD反向恢复图 6. 二极管反向恢复波形图 5 和图 6 显示了二极管在整流器或电抗模式下工作期间的电流和电压波形。
二极管损耗的计算类似于IGBT 损耗。
需要了解的是，损耗以半正弦波变化。
RCD双管串联反激设计和损耗计算
b1 = 0.048
4 2
b1 = −2.905 × 10
5 3
−3
b1 = 7.283 × 10
6
−5
Vf ( If ) := b1 + b1 ⋅ If + b1 ⋅ If + b1 ⋅ If
3 4 5 6 0.8 0.686 0.571 Vf ( If ) 0.457 VF 0.343 0.229 0.114 0 0 4 8
励磁电感量
假定系统工作在羱续状虀最低电压输入时 励磁电流最大值和初始值的比值为：Ip2=2Ip1
α := 2 Iav := P0 η⋅ Vinmin 2Iav Dmax⋅ ( 1 + α) Iav = Ip1 + Ip2 2 ⋅ Dmax
Iav = 0.5 A
Ip1 :=
Ip1 = 0.775 A ΔI = 0.775 A Lm = 1.707 × 10
3× 10 t
4× 10
5× 10
电流有效值
IT1ef :=
1 ⌠ ⋅⎮ Ts ⌡
2
( IT1( t) ) dt
2
IT1ef = 0.505 A PT1on = 2.164 W PT1on2off = 0.544 W PT1off2on = 0.055 W PT1C = 0.41 W PT1 = 3.172 W PMos = 6.344 W
I1 := 1A
已知
Ipav = ( I1 + I2) 2 ⋅ D0 ΔIp = I2 − I1 V1 =
V1 := Find( I1 , I2) I1 := V1 I2 := V1
0, 0 1, 0
⎛ 0.455 ⎞ A ⎜ ⎟ ⎝ 1.418 ⎠
二极管w1参数
二极管w1参数1.引言1.1 概述在现代电子技术中，二极管是一种常见而重要的电子元件。
它由P型和N型半导体材料组成，具有只允许电流在一个方向流动的特性。
二极管的作用十分广泛，被用于电源、整流、放大、调制、开关等各种电路中。
本文将重点关注二极管的w1参数。
w1参数是指二极管的截止频率，它是评估二极管高频性能的重要指标。
在高频电路中，二极管的性能对于信号的处理和传输起着至关重要的作用。
因此，通过研究和理解二极管的w1参数，我们能够更好地优化电路设计，提高电子系统的整体性能。
在接下来的文章中，我们将首先介绍二极管的基本概念，包括其结构、工作原理和常见的分类。
随后，我们将重点讨论二极管的w1参数。
我们将解释w1参数的定义和计算方法，并探讨其与二极管的其他性能指标之间的关系。
通过深入了解w1参数，我们能够更好地理解二极管的高频特性以及其在不同电路中的应用。
最后，我们将总结二极管w1参数的重要性，并展望未来对于二极管研究的发展方向。
随着科技的不断进步，人们对于高频电子器件的需求也越来越高。
因此，深入研究二极管的w1参数将对未来电子技术的发展产生积极的影响。
通过本文的阅读，读者将能够了解二极管的基本概念和w1参数，并对二极管在高频电路中的应用有更深入的认识。
相信这对于电子工程师和相关领域的研究人员来说都将是一份有价值的参考资料。
接下来，我们将开始介绍二极管的基本概念。
1.2文章结构文章结构在本文中，我们将按照以下结构展开讨论二极管的w1参数。
首先，在引言部分，我们将概述本文的研究内容以及文章的目的。
接下来，正文将分为两个主要部分。
第一部分（2.1节）将介绍二极管的基本概念，包括其结构、原理和常见应用。
第二部分（2.2节）将详细讲解二极管的w1参数，包括该参数的定义、测量方法和与二极管性能关联的重要性。
最后，在结论部分，我们将总结二极管的w1参数的重要性，并展望未来二极管研究的发展方向。
通过这样的结构安排，我们将全面地介绍和探讨二极管的w1参数，希望能给读者带来深入的理解和启发。
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二极管的功率损耗分析和计算
【摘要】电子元器件在工作状态都存在着一定的功率损耗，二极管也不例外，尤其是功率二极管，其功率损耗更为显著。
本文通过对功率二极管工作周期过程的剖析，详细阐述了二极管的功率损耗来源、组成极其详细的数学计算模型。
【关键词】功率二极管；功率损耗
1.引言
当电流流过器件、设备等电路的时候，电能会被转化为各种形式的能量，如热、光、声、动能等等。
被转化成的能量有的是有用的，对应的功率消耗就是有用的，是使用者所希望的。
而另外的一部分能量则被转化为了无用的形式而被浪费掉了，则与这部分能量对应的功率就是就是功率损耗，这正是本文要重点分析和探讨的。
例如在一个交流到直流（AC-DC）转换电路中，当电流流过整流二极管的时候，电能将被转化为热能而白白消耗掉，但是这一部分热功耗并不是我们想要的。
这就是二极管器件的功率损耗。
2.理想二极管
为了更好理解和分析二极管的功率损耗，我们先从理想二极管模型开始分析。
在理想二极管的电路模型当中，其等效于一个零正向压降、零反向漏流、零开通关断响应（无延迟）时间（开通和关断损耗）的电子开关，其功耗为零。
对于二极管，人们所期望的状态是达到理想二极管的水平。
但是这个仅仅是我们的期望（至少目前是）而已。
因为以目前的技术，设计者无法完全消除正向压降和反向漏电流，同样的还有响应时间无法为零，这是由开通关断过程中的电荷效应所决定的。
基于目前的技术，人们能做到的仅仅是在保持性能的同时，尽量降低正向压降和二极管的响应时间。
3.二极管的动态特性
实际上不存在理想二极管，实际的二极管由于结电容效应的存在，在其通态和断态相互之间切换时存在着一种暂态过程，这些暂态过程的电压电流特性是随时间变化的。
3.1 开通暂态过程
我们知道，当给二极管施加一个高于正向导通电压（阈值）的电压时，二极管就会导通。
在理想二极管模型中，我们将开通时间视为零，正向压降视为零。
然而实际的二极管并非如此，如下图所示，正向压降从零开始逐渐增大，在经过一个过冲电压VFP 后才逐渐趋于稳定。
对应的时间为正向恢复时间tfr。
3.2 关断暂态过程
当给二极管施加一个反向电压时并不是能立即关断，而是需要一定的时间才能重新获得反向阻断的能力。
在完全关断之前，会有电压和电流的过冲[1][2]。
4.二极管功率损耗的计算
二极管的一个工作周期从开通到通态，从通态到关断，从关断到断态。
包含此全部过程的一个周期为其工作周期。
一个工作周期内的功率损耗组成如下：
第一部分：静态损耗：
（1）通态平均功率损耗：
相反地，如果我们能够降低其中的某些参数值，则可以降低功率损耗。
在所有的功率损耗中，通态损耗所占比例最大。
因此降低通态损耗是降低总功率损耗的主要路径和方法。
而对于通态损耗来讲，正向电流由应用条件和最大额定决定，为恒定值，占空比也由应用条件决定，由算式1可以清楚地看到降低正向压降是降低功率损耗的主要途径。
而正向压降正是二极管本身的性能能力决定的。
所以选择低功耗二极管主要的要看在同等条件下的正向压降。
压降越低的，其功耗也越低。
例如VISHAY公司LVB2560系列[3]桥式整流器比同等额定电流的产品正向压降低8%（针对单个二极管）左右在同等应用条件下，其对应的功率损耗也会相应降低8%（对于单个二极管）左右，整流桥的整个周期内由四个二极管工作，其功耗节省也将是单个的4倍达到32%。
5.总结
理想的二极管的数学模型和理想特性告诉我们其零功率损耗为零，但这毕竟只是人们的良好期望。
就目前的技术来讲，没有厂商能够做到理想的特性。
这是因为实际的二极管开关特性和通态断态特性决定了其功率损耗是必然存在的。
作为使用者，只有非常清楚地知道二极管的功率损耗组成和决定功率损耗的主要参数，才能在选择使用二极管的过程中明确关键参数，选择更低功耗的二极管，实现能源的有效利用。
总体来讲，应该选择那些同等条件下，正向压降低、反向漏电流小、恢复时间短的二极管。
但这些特性往往不能同时具备，需要我们根据实际使用条件，优先考虑那些与主要损耗相对应的参数。
参考文献
[1]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2000.
[2]陈坚.电力电子技术.北京：高等教育出版社，2004
[3]Vishay Intertechnology，Inc..LVB2560 DATASHEET.26-Jun-13.。