不要脱离工况和散热条件来讨论IGBT开关频率

2019-09-19 10:59:03 Westpac Electronics

IGBT误区之

                  - 请问这款IGBT最高开关频率是多少Hz?

 

 

可是IGBT是个功率器件,它的开关频率上限并不是一个确定的值。

我一般都是这么回答这个问题的:

首先,开关频率是指IGBT在一秒钟内开关次数。而在确定的母线电压和导通电流下,IGBT每次开关都会产生一定的损耗,开通损耗是Eon,关断损耗是Eoff,还有二极管反向恢复也有损耗Erec。




IGBT的开关频率越高,开关次数就越多,损耗功率就也高,那乘以散热器的热阻后,IGBT的温升也越高,如果温度高到超出了IGBT的上限,那IGBT就失效了。

具体你们可以看我之前发的关于IGBT热设计的文章。

 聊聊IGBT应用中的热设计


但是损耗是和电压电流成正比的,如下图所示。




所以假如用一个很大标称电流的IGBT工作在一个小的电流下,那这个大IGBT的开关损耗功率和导通损耗功率就都会减小,那么这个大IGBT就更有可能用在更高的开关频率。

很多新手有个误区,他们原话是这么说的,“小管子发热小,大管子发热大,你看那大IGBT模块发热功率都上千瓦,那分离IGBT芯片才几瓦。。。”

其实他刚好说反了,在同一个电压等级下同样技术的芯片,标称电流越大的说明导通电阻越小,因此才能通更大的电流啊。

总而言之,IGBT的开关频率最高到多少,取决于在此工况下IGBT的结温会不会超上限。只要你有钱,巴菲特都能陪你吃饭,所以只要不惜成本3300V也能工作在50kHz硬开关。。。你不信?有图有真相。


功率半导体 Fuji IGBT Simulator (模拟软件) Software (Ver.6.2.4) 更新

2019-07-11 14:32:58 Westpac Electronics  70

使用前(下载)

图片关键词Fuji IGBT Simulator Ver6_2_4.ZIP

Ver.6的主要特点:


1.提高已发生损失计算的准确性


2.用2电平电路,3电平电路(T型,I型),斩波电路计算


3.支持各种PWM调制方法


4.通过指定散热器和温度条件进行计算


5.参数扫描计算


6.重复/非重复模式操作中的计算


7.计算结果的输出功能


8.支持日语,英语,中文


 - 有关更改点的详细信息,请参阅捆绑的“ChangeLog.txt”。

Using (downloading) the software

Fuji IGBT Simulator version 6 is an improved version for loss and temperature calculation of Fuji IGBT devices for 3-phase inverter or chopper circuits.
The accuracy of the loss calculation is improved and useful functions for application design with Fuji IGBT modules are added. (You might need to download and install the .NET Framework.)
This software should be run on Windows 7 or more.

Features of the Fuji IGBT Simulator

  1. 1. Improved the accuracy of the loss calculation

  2. 2. Loss/temperature calculation for 2-level and 3-level inverter circuit and chopper circuit.

  3. 3. Support several kinds of PWM control method.

  4. 4. Heatsink / thermal condition

  5. 5. Parameter sweep calculation

  6. 6. Load cycle calculation (Cyclic mode / one-shot mode)

  7. 7. Output calculation result to text file.

  8. 8. Support English / Chinese / Japanese

・For details of the changes, please refer to "ChangeLog.txt" included


 

从仿真条件我们可以看到标称1500A的IGBT模块,在工作电流只有10A,水冷的条件下确实可以工作在50kHz。


所以说别再问我IGBT最高的最高开关频率了,只要你有钱,随便超频,随便浪!

 

我猜讲到这,必定有大批杠精摩拳擦掌,打算通过IGBT的物理极限等来实力打脸。呵呵,耶稣说了,你打我左脸我就。。。我就先自己打自己脸,不给你们抬杠的机会。

 

刚才说了开关频率是IGBT在一秒内开关的次数,而且IGBT每个开关周期里还有占空比,比如说1kHz开关频率,50%占空比,那控制型号发出的方波从开通到关断的时间就是0.5毫秒。如下图。



但是你以为你发了0.5毫秒的方波,IGBT就能同步开0.5毫秒?不能,IGBT很迟缓,一般同等技术水平下的IGBT芯片,标称电压越高的IGBT越迟缓。

这个迟缓时间就是开关延迟,定义方法如下图。


一般都是关断延迟比开通延迟长,所以一个半桥上下桥臂的IGBT在开关状态切换时,需要一个死区时间,就是上下两个IGBT同时处于关断状态。否则就会出现上下桥臂直通短路的情况。

死区时间主要取决于关断延迟比开通延迟长了多少(当然还要有冗余)。



一般常见的3300V IGBT的死区时间都在10us以上。

以上文中的例子,50kHz对应一个周期是20us,假设是半桥DCDC,占空比50%,那一次开通时间只有10us,再减去10us死区时间,这个IGBT就不用开通了,只能永远保持关断状态。

因此这就是IGBT的物理极限,关断延迟和死区时间导致的频率极限,但是这个极限比实际应用的开关频率高出很多,因此平时并没有意义去讨论这个问题。

最后大家记住,不要脱离工况和散热条件来讨论开关频率,如果你非要问,那你可以问,请问这个XX型号的IGBT,常见的开关频率是多少Hz?


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