1 导言
在任何设备中运用IGBT 都会遇到IGBT 的挑选及热规划问题。当电压应力和电流应力这2 个直观参数确认之后, 终究需求依据IGBT 在运用条件下的损耗及热循环才能来选定IGBT。一般由于运用条件不同, 经过IGBT 数据手册给出的参数不能切当得出运用条件下IGBT 的损耗。比较好的办法是经过丈量职业确认IGBT 数据手册中参数的丈量条件与实践运用环境的不同, 并介绍IGBT 的损耗的简略丈量办法。
2 IGBT 参数的界说
厂商所供给的IGBT 开关参数一般是在纯理性负载下丈量的, 图1 和图2 分别是IR 公司和TOSHIBA公司丈量开关时刻的电路和界说开关时刻
的波形。其一起特点是: 注册处于续流状况的纯理性负载; 关断有箝位二极管的纯理性负载。有些数据手册还给出了开关进程的能量丢失 ,
也是在相同条件下丈量的。
关于PWM 方法作业并运用变压器的开关电源, 其作业情况则与之差异很大。图3 是11 kW 半桥型电路及其作业波形, 运用的IGBT 为
GA75TS120U。由波形可见, 电流上升时刻tr 约为500 ns, 下降时刻t f 约为300 ns。但在数据手册中,GA75TS120U 的电流升降时刻分别为t r= 100 ns,t f= 80 ns, 与实践作业情况差异较大。其原因首要在于以下2 个方面:
( 1) 注册时, 图3 中由于变压器漏感的存在, IGBT实践上注册了1 个零电流理性负载, 近似于零电流注册, 电流上升率受漏感充电速度的约束, 因此实践电流上升时刻tr 不彻底取决于IGBT。而数据手册中给出注册处于续流状况的纯理性负载, 注册瞬间, IGBT 既要接受电感中的电流, 还要接受续流二极管的反向恢复电流, 电流上升率则彻底取决于IGBT 的注册速度。
( 2) 关断时, 图3 中的IGBT 并非是在关断1 个纯理性负载, 而是关断1 个R – L 型负载( 变压器及其负载, 从变压器一次侧可等效为R -L 型负载) ,其电流的下降时刻t f 要慢于关断带箝位的纯理性负载。而且, 关于纯理性负载, 只有当IGBT 的集电极电压上升到箝位值后, IGBT 的电流才开端下降( 见图1、图2 中波形) , 而电阻-电理性负载时, 集电极电压和电流几乎是一起改变的( 见图3b 波形) 。
由于上述原因, 图3 中IGBT 的t r、t f 均大于给定值, 但这并不意味着损耗的上升, 由于开关损耗还取决于开关进程中电压电流的堆叠程度, 而图3中的重迭显着不如图1、图2 中严峻, 因此全体损耗将下降。
3 IGBT 损耗的丈量
IGBT 损耗的丈量实践上是经过对其作业电压和电流的丈量和核算而得到的, 因此损耗的丈量实质上是电压和电流的丈量, 电压和电流丈量办法的恰当与否直接影响到丈量成果的可信度。
3.1 电流丈量
电流丈量应运用高频无源电流互感器, 不要运用磁平衡式电流传感器, 前者都有较好的高频呼应,后者往往速度较慢, 达不到丈量要求。电流传感器要置于被测IGBT 的发射或集电极, 而不要置于主变压器一次侧, 这是2 个不同的电流。这一点能够从图3 IGBT 的关断进程中看出: IGBT1 关断时, VD2 将对关断发生的电压过冲箝位( t1 ~ t 期间) , 在VD2中发生箝位电流。而IGBT1 中电流因转向VD2 而陡降, 此刻变压器一次侧电流为IGBT1 和VD2 电流之和, 而非仅IGBT1 中的电流。电流互感器一般由自己制造, 运用前应先查验其功能, 可采用图4 电路进行查验。电阻R1、R2 应运用无感电阻。实践丈量时, 互感器初级匝数N 1一般为1 匝, 查验时可适当添加N 1, 这样能够减小查验电流I 而不下降互感器初级的总安匝数, 使查验作业愈加简单。比较U2 和U1 波形在延时和畸变方面的差异, 就可确认互感器是否合格。一般U2不能有显着的失真, U2 对U1 的延时应远小于IGBT的开关时刻参数。
