不要脱离工况和散热条件来讨论IGBT开关频率
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
使用前(下载) 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
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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