Единичные и общие потери мощности

Предварительный комментарий

Все пояснения в п.3.2 относятся к IGBT модулям. Весь анализ и расчеты аналогично применимы к MOSFET модулям, соответственно при изменении всех указанных индексов для MOSFET. Разъяснения приведены для преобразователей с жесткой коммутацией, работающих с постоянным напряжением.

В силовой электронике IGBT а также диоды работают в основном как ключи, периодически изменяя статическое и динамическое состояние. В любом из этих состояний происходит рассеивание мощности или энергии, которое нагревает полупроводник и суммируется с общими потерями мощности ключа. Поэтому, максимальная температура перехода T_j = 150°С (для кремниевых компонентов), данная производителем, не должна превышаться при любых условиях работы преобразователя при использовании силовых полупроводниковых приборов.

На рис.3.3 представлен обзор отдельных рассеиваемых мощностей в ключевом режиме работы.

Рис. 3.3

IGBT

Потерями в закрытом состоянии и потерями драйвера обычно можно пренебречь, так как они составляют только малую часть общих потерь мощности.

Потери мощности в открытом состоянии (P_fw/T) зависят от:

• тока нагрузки (превышение выходной характеристики v_CEsat = f (i_C, v_GE)),
• температуры перехода,
• рабочих циклов.

Для данных параметров драйвера потери мощности при включении и выключении (P_on/T, P_off/T) зависят от:

• тока нагрузки,
• постоянного питающего напряжения,
• температуры перехода,
• частоты коммутации.

Общие потери мощности в IGBT: P_tot/T = P_fw/T + Po_n/T + P_off/T

Обратный диод:

Так как они составляют только малую часть общих потерь мощности, потерями при обратном закрытом состоянии обычно можно пренебречь. Диоды Шоттки можно исключить из-за их обратных токов при большой температуре.

Потери мощности при включении вызваны процессом прямого восстановления. Что касается быстрых диодов, то этой частью потерь также часто можно пренебречь.

Потери мощности в открытом состоянии (P_fw/D) зависят от:

• тока нагрузки (превышение выходной характеристики v_F = f (i_F)),
• температуры перехода,
• рабочих циклов.

Для данных параметров драйвера при коммутации IGBT с диодом потери мощности при выключении (P_off/D) зависят от:

• тока нагрузки,
• постоянного питающего напряжения,
• температуры перехода,
• частоты коммутации.

Общие потери мощности в диоде: P_tot/D = P_fw/D + P_off/D

Гибридный силовой модуль с n IGBT и m диодами

Общие потери мощности в модуле: P_tot/M = (n·P_tot/T) + (m·P_tot/D)