功率器件損耗計(jì)算

功率器件應(yīng)用時(shí)所受到的熱應(yīng)力可能來源于兩個(gè)方面：器件內(nèi)部和器件外部。器件工作時(shí)所耗散的功率要通過發(fā)熱形式耗散出去。若器件的散熱能力有限，則功率的耗散就會(huì)造成器件內(nèi)部芯片有源區(qū)溫度上升及結(jié)溫升高，使得器件可靠性降低，無法安全正常工作。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證某些重要功率器件，在這些器件上使用散熱器來控制其的工作溫升。

功率器件常用的散熱方式是使用散熱器。散熱器設(shè)計(jì)的選用主要依靠功率器件的損耗發(fā)熱量。在計(jì)算出損耗量的前提下，對散熱器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在開關(guān)電源系統(tǒng)中功率器件有7個(gè)IGBT和2個(gè)整流橋，其損耗量計(jì)算如下：

IGBT的散熱器有兩組：其中U1、U2、U3為一組，U4、U5、U6、U7為一組。

U1、U2、U3損耗：

流過電流Io=228A

工作電壓Vcc=620V

工作頻率fc=3kHZ

其它計(jì)算參數(shù)由CM600DU-24NFH提供的參數(shù)表查得;

通過CM600DU-24NFH自帶損耗計(jì)算軟件可算得一個(gè)IGBT模塊的損耗量，如下圖：

由計(jì)算結(jié)果可知：P1=389.51W

Po=3× P1=3×389.51=1168.53W

U4、U5、U6、U7損耗：

流過電流Io=114A

工作電壓Vcc=620V

工作頻率fc=20kHZ

其它計(jì)算參數(shù)由CM600DU-24NFH提供的參數(shù)表查得;

通過CM600DU-24NFH自帶損耗計(jì)算軟件可算得一個(gè)IGBT模塊的損耗量，如下圖：

由計(jì)算結(jié)果可知：P1=476.82W

Po=4× P1=4×476.82=1907.28W

整流橋D1、D2損耗計(jì)算

整流橋是由四個(gè)二極管構(gòu)成，主要的損耗來自二極管PN結(jié)。二極管的損耗包括正向?qū)〒p耗、反向恢復(fù)損耗和斷態(tài)損耗。肖特級二極管的反向時(shí)間很短，反向損耗可以忽略不計(jì)。一般來說，二極管的截止損耗在總功耗中所占的比例很小，可以忽略不計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，只考慮其的正向?qū)〒p耗。

二極管的正向?qū)〒p耗可由下式求出： v L@--防復(fù)制版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)a), S #$`

Pdiode.F=VFIFd@_bo]Kpqq]--http://www.cn-pe.cnreMHUhp|=

式中 VF DD二極管正向?qū)▔航? ujOn?€}4--防復(fù)制版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)w Yu5 4I+

IF DD二極管的正向?qū)娏? |W+)w F--未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載HinwlN])

dDD二極管工作的占空比

根據(jù)查SKKE 310F參數(shù)可知：

VF = 2.1 V IF=400 A d = 0.25

由此可得單個(gè)二極管的損耗Pdiode.F

Pdiode.F=VFIFd=2.1V×400A×0.25=210W

整流橋中的四個(gè)上二極管是交替工作的,每次工作是只有兩個(gè),所以整流橋的損耗為二極管的兩倍，則：

P=2×Po=2×210W=420W

整個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)中共有兩個(gè)整流橋同時(shí)工作，它們共有一個(gè)散熱器進(jìn)行散熱。所以，在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)要考慮到兩個(gè)整流橋的損耗，則整流橋這部分的總損耗Q為：

Q=2×P=2×420W=840W

得到了IGBT和整流橋的損耗后，就可以根據(jù)損耗來計(jì)算和設(shè)計(jì)散熱器的具體參數(shù)。