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IGBT模块的损耗、温度和安全运行

梁知宏
IFCNAIM
2007.09
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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。
IGBT关断瞬间
„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）。

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IGBT模块的损耗-FWD导通损耗

FWD的Vf-If特性曲线„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）
Rd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）。

U0

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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）。
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IGBT模块的损耗-小结

IGBT
„导通损耗：
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
„开关损耗
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