IGBT散热设计方法.pdf

Solutions of power system
第6章
散热设计方法
目录
1.发生损耗的计算方法
6-2
2.散热器(冷却体)的选定方法
3.1GBT模块的安装方法.
本章对热设计遊行说明
为了彼/GBT安全工作,必须确保结温(I)不超过ルmax。当然,不欠左额定负荷的滋园内所需要磅保
在超亮萨等异常猜况下,地必须控割在Imax以下。区此,进行热设计要保有充分余量
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6-1
第6章散热设计方法
发生损耗的计算方法
1.1关于损耗
IGBT模块由IGBT部和FWD部构成,它们各自发生的损耗的合计即为IGBT模块整体的发生损耗。另外,
发生损耗的情况可分为稳态时和交换时。如对上述内容进行整理可表述如下。
发生损耗的原因
稳态损耗
仅晶体管部的损耗
(Past)
(PIT)
开通损耗(Pon)
交换损耗
IGBT模块单位元
件的总发生损耗
关断损耗(Pof)
Atotal)
稳态损耗(PF)
仅FWD部的损耗
(PFWD)
交换损耗(反向恢复损耗)(Pr)
无论IGBT部还是FWD部的稳态损耗均可通过输出特性计算。同时,交换损耗能通过交换损耗-集电极电
流特性计算。根据计算出的发生损耗进行散热设计,保证结温丁j不超过设计值
因此,在此使用的通态电压和交换损耗的值,通常使用结温Tj为设计值(推荐Tj=125℃)时的数据。
这些特性数据均记载在说明书中,请蔘考。
1.2使用DC斩波器时发生损耗的计算方法
使用DC斬波器时,可以将IGBT或FWD中流过的电流认为是连续的矩形波,从而简单地进行近似计算。
图6-1即表示近似的DC斩波器的波形,集电极电流为IC时的饱和电E、交换损耗分别为VcE(sat)、
Eon、Eof,FWD正向电流为IF时的通态电压、反向恢复损耗分别为Vr、Eon、Eof,发生损耗可如下计
算
IGBT发生损耗(W)=稳态损耗+开通损耗+关断损耗
tlt2 x Cesar) x Ic」+lをx(Em+Ear
FWD发生损耗(W)=稳态损耗+反向恢复损耗
-0-(1/2)x/PXM:+CXE
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OA
载流子频率f=l/ta
IGBT导通dty=tt
FWD导通duty=1-zuta
图6-1DC斩波器波形
实际上,直流电源电压和门极电阻值等条件与说明书上记载的内容可能有差异,在这种情沉下,可以按照
下面的规则进行简略计算
直流电源电压Ed(Vcc)不同时
通态电压:不受Ed(Vcc)影响
交换损耗:与Edvc)成比例
门极电阻值不同时
通态电压:不受门极电阻值影响
交换损耗:分别与交换时间成比例,取决于门极电阻值
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1.3正弦波VF変频器应用时发生损耗的计算方法
控制信号与调制信号
输出电流
IGBT侧电流
FW电流
图62PWM变频器的输出电流
通过VVwF变频器等进行PWM控制时,如图6-2所示,由于电流值与动作状态始终在変化,因此发生
撷耗的详细计算需要运用计算机模拟技术等。但是,由于其计算方法过于复杂,在此介绍一下运用近似式
进行倚略计算的方法。
1)前提条件
在进行计算时,以下列内容为前提条件。
应为正弦波电流输出三相PWM控制VVVF变频器
为通过正弦波、三角波比较的PWM控制
输出电流为理想的正弦波
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2)稳态损耗(Psat、PF)的计算方法
IGBT和FWD的输出特性如图6-3所示,从说明书的数
据可以得出近似值
VCG=Vo +Rc
因此,稳态损耗为
=V6+R
IGBT侧的稳态损耗
(P-R)=DT Ic de
2N-IMVO+ LER
v或(A)
图6-3输出特性近似
FWD侧的稳态损耗:
(P)-2m2k
IMVO +IR
10
占
IGET侧:DT
在此,DT、DF:在输出电流半波上的IGBT及FWD
FWD側:DF
的平均导通率
在输出电流半波上的IGBT及FWD的平均导通率为如
图6-4所示的特性。
功率因数:cos
图6-4在正弦波PWM変频器中功率因数和导
通率的关系
6-5
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