"PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析"
在电力电子设备,尤其是PWM(脉宽调制)开关电源中,IGBT(绝缘栅双极晶体管)扮演着至关重要的角色。然而,正确选用和设计IGBT并不简单,因为它涉及到多个因素,包括IGBT的损耗和热管理。在选择IGBT时,工程师通常会考虑两个关键参数:电压应力和电流应力。然而,这些参数并不能完全反映实际应用中的损耗情况,因为不同的工作条件会导致损耗的变化。
IGBT的损耗主要由两部分组成:开通损耗和关断损耗。开通损耗发生在IGBT从截止状态切换到导通状态的过程中,而关断损耗则发生在从导通状态切换到截止状态时。厂商提供的开关参数通常基于纯感性负载的测试,如图1和图2所示的IR公司和TOSHIBA公司的测量方法。这种测试条件下的开关时间(如开通时间和关断时间)可能与实际应用中的条件不一致,特别是在PWM开关电源中。
在PWM开关电源,尤其是使用变压器的半桥型电路中,IGBT的工作条件更为复杂。例如,图3展示了一个11kW半桥型电路的工作波形,使用的IGBT型号为GA75TS120U。在这种情况下,由于变压器的漏感,IGBT的实际开通和关断过程与数据手册中给出的纯感性负载情况有显著差异。实际工作中,电流上升时间tr和下降时间tf较长,这主要是因为漏感的影响限制了电流上升速率。而在数据手册中,IGBT的电流升降时间则较短,这主要是因为在纯感性负载测试中,IGBT需要同时处理电感电流和续流二极管的反向恢复电流,导致电流上升速率更快。
因此,为了准确评估IGBT在PWM开关电源中的损耗,需要考虑实际应用中的具体工况,包括负载特性、开关频率、控制策略等因素。此外,测量和分析IGBT的损耗不仅仅是理论计算,更需要进行实际测试,以验证数据手册中的参数是否适用于特定的应用场景。例如,可以采用示波器等仪器测量开关过程中的能量损失,以便更精确地估算损耗,并据此进行热设计,确保IGBT的稳定工作和系统的可靠性。
理解IGBT在PWM开关电源中的损耗分析至关重要,它涉及到IGBT选型、热设计优化以及整个电源系统的效率提升。通过深入研究和精确测量,工程师可以更好地理解和应对实际应用中的挑战,从而提高电源系统的设计质量。