IGBT 模块的开关暂态模型及损耗分析.pdf

第30卷第15期中国电机工程学报Vol.30No.15May25,2010
402010年5月25日ProceedingsoftheCSEE©2010Chin.Soc.forElec.Eng.
文章编号：0258-8013(2010)15-0040-08中图分类号：TM85文献标志码：A学科分类号：470⋅40
IGBT模块的开关暂态模型及损耗分析

毛鹏，谢少军，许泽刚
(南京航空航天大学自动化学院，江苏省南京市210016)

SwitchingTransientsModelandLossAnalysisofIGBTModule
MAOPeng,XIEShao-jun,XUZe-gang
(CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,JiangsuProvince,China)

ABSTRACT:Maincharacteristicsofinsulatedgatebipolar0引言
transistor(IGBT)andtheanti-paralleleddiodeduring
switchingtransientareconcluded,andthecorresponded与变换器效率直接相关的损耗问题一直是各
[1-6]
switchingmodelisdeducedbasedonwhich,thelossanalysis国学者研究的热点，其中如何准确估算变换器的
modelisproposed.Theinfluenceofconductioncurrenton损耗是研究的重要内容之一[7-13]。
switchingtransientshasbeentakenintoconsiderationinthe若不考虑线路损耗，则功率变换器的损耗主要
proposedswitchingmodelandthewaveformsofvoltageand由3部分构成：1）功率半导体器件开通、关断过
currentduringswitchingtransientsofanygivenswitching
程的开关损耗；2）导通状态下的通态损耗；3）关
periodcanberepresented,whichlayafoundationforloss
断状态下的截止损耗。随着开关频率的提高，开关
analysisofpowerconverters.Thenovelswitchingmodelis
suitablenotonlyfortheDC/DCconverter,butalsoforAC/DC损耗在变换器总损耗中所占比例逐渐增大，并成为
andDC/ACconverters,inwhichtheconductioncurrentvary影响变换器效率的主要因素。然而，开关过程持续
betweentheadjacentswitchingperiod.Simulink/Stateflowis时间通常极短，且暂态过程的电压、电流波形不仅
usedtosimulatetheswitchingprocessandanalysethelosses.与电路及器件本身寄生参数有关，还与导通电流有
Theproposedswitchingmodelandlossanalysismodelhave
关[12-13]，增加了开关损耗估算的难度，因此，在较
beenvalidatedbythesimulationandexperimentalresults.
高的开关频率下准确估算开关损耗一直是功率变
KEYWORDS:lossanalysis;model;switchingtransients;
换器损耗分析的重点，也是难点。
insulatedgatebipolartransistor;curvefitting
目前已有多篇文献对IGBT的开关损耗进行了
摘要：总结了绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolar研究[10-13]，其基本思路都是采用拟合的方法得到开
transistor，IGBT)模块的功率管及反并联二极管开关暂态过
关瞬间电压、电流的时域表达式，在此基础上通过
程的主要特征，建立了相应的开关模型，并在此基础上得到
了损耗分析模型。建立的开关模型充分考虑了导通电流对开积分运算获得开关损耗。但是现有开关损耗分析研
关暂态过程的影响，利用该模型可准确再现任意一个开关周究存在明显的近似处理：1）对开关暂态波形的描
期的开关暂态电压、电流波形，为功率变换器的损耗分析奠述不够完整。文献[11-12]完全忽略了开关暂态电压
定了基础。该模型不仅适用于DC/DC变换器，而且适用于和电流的拖尾过程