功率损耗和温度的估算---英飞凌

英飞凌公司关于IGBT模块的功率损耗和温度的估算文档

功率损耗和温度的估算

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IGBT模块的损耗

IGBT模块的损耗源于内部IGBT和二极管（续流FWD、整流）芯片的损耗，主要是IGBT和FWD产生的损耗。

IGBT不是一个理想开关，体现在：

1）IGBT在导通时有饱和电压– Vcesat

2）IGBT在开关时有开关能耗–Eon和Eoff

这是IGBT产生损耗的根源。Vcesat造成导通损耗，Eon和Eoff造成开关损耗。导通损耗 + 开关损耗 = IGBT总损耗。

FWD也存在两方面的损耗，因为：

1）在正向导通（即续流）时有正向导通电压：Vf

2）在反向恢复的过程中有反向恢复能耗：Erec。

Vf造成导通损耗，Erec造成开关损耗。导通损耗 + 开关损耗 = FWD总损耗。

Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec体现了IGBT/FWD芯片的技术特征。因此IGBT/FWD芯片技术不同，Vcesat，Eon，Eoff，Vf和Erec也不同。

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IGBT模块的损耗-IGBT导通损耗

IGBT的Vcesat-Ic特性曲线 Vcesat和Ic的关系可以用左图的近似线性法来

表示：

Vcesat = Vt0 + Rce Ic

IGBT的导通损耗：

Pcond = d * Vcesat Ic，其中d 为IGBT的

导通占空比

IGBT饱和电压的大小，与通过的电流（Ic），

芯片的结温（Tj）和门极电压（Vge）有关。

模块规格书里给出了IGBT饱和电压的特征值：

VCE,Sat，及测试条件。

英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条

件下的饱和电压特征值：

1）Tj=25 C；2）Tj=125 C。电流均为IC,NOM

（模块的标称电流），VGE=+15V

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IGBT模块的损耗-IGBT开关损耗

IGBT开通瞬间

IGBT关断瞬间 IGBT之所以存在开关能耗，是因为在开通和关断的瞬间，电流和电压有重叠期。 在Vce与测试条件接近的情况，Eon和Eoff可近似地看作与Ic和Vce成正比： Eon = EON Ic/IC,NOM Vce/测试条件 Eoff = EOFF Ic/IC,NOM Vce/测试条件 IGBT的开关损耗： Psw = fsw (Eon + Eoff) ，fsw为开关频率。 IGBT开关能耗的大小与开关时的电流（Ic）、电压（Vce）和芯片的结温（Tj）有关。 模块规格书里给出了IGBT开关能耗的特征值：EON，

EOFF，及测试条件。

英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件

下的开关能耗特征值：

1）Tj=25 C；2）Tj=125 C。电流均为IC,NOM（模

块的标称电流）。

Eon 定义：10% Ic 到 2%Vce

Eoff 定义：10% Vce 到

2%Ic

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IGBT模块的损耗-FWD导通损耗 FWD的Vf-If特性曲线

d

Vf和If的关系可以用左图的近似线性法来表示：Vf = U0 + Rd If FWD的导通损耗： Pf = d * Vf If，其中d 为FWD的导通占空比 模块规格书里给出了FWD的正向导通电压的特征值：VF，及测试条件。 FWD正向导通电压的大小，与通过的电流（If）和芯片的结温（Tj）有关。 英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件下的正向导通电压特征值： 1）Tj=25 C；2）Tj=125 C。电流均为IF,NOM（模块的标称电流）。

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IGBT模块的损耗-FWD开关损耗

FWD的反向恢复 反向恢复是FWD的固有特性，发生在由正向

导通转为反向阻断的瞬间，表现为通过反向

电流后再恢复为反向阻断状态。

在Vr与测试条件接近的情况，Erec可近似地

看作与If和Vr成正比：

Erec = EREC If/IF,NOM Vr/测试条件

FWD的开关损耗：

Prec = fsw Erec，fsw为开关频率。

FWD反向恢复能耗的大小与正向导通时的电

流（If）、电流变化率dif/dt、反向电压

（Vr）和芯片的结温（Tj）有关。

模块规格书里给出了IGBT反向恢复能耗的特

征值：EREC，及测试条件。

英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试

条件下的反向恢复能耗特征值：

1）Tj=25 C；2）Tj=125 C。电流均为IF,NOM

（模块的标称电流）。

Erec 定义：10% Vcc 到 2%Irm

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IGBT模块的损耗-小结

1）与IGBT芯片技术有关

2）与运行条件有关：与电流成正比，与IGBT占空比成正比，随Tj升高而增加。

3）与驱动条件有关：随Vge的增加而减小

1）与IGBT芯片技术有关

2）与工作条件有关：与开关频率、电流、电压成正比，随Tj升高而增加。

3）与驱动条件有关：随Rg的增大而增大，随门极关断电压的增加而减小。

1）与FWD芯片技术有关

2）与工作条件有关：与电流成正比，与FWD占空比成正比。

1）与FWD芯片技术有关

2）与工作条件有关：与开关频率、电流、电压成正比，随Tj升高而增加。

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IGBT模块的温度

Tj） Tc）

外壳-热阻散热器热阻Th）

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模块的温度 IGBT/FWD芯片尺寸越大，Rthjc值越

小；模块尺寸越大，Rthch值越小；

散热器越大，Rthha值越小。 H H H H 热阻模型（稳态）

IGBT