摘要:IPOSIM是一个功能强大的IGBT仿真工具,能够计算IGBT和续流二极管的开关损耗和导通损耗,仿真其温度分布和结温纹波,又增添一些灵活的负荷定义、比较等功能,因而更具价值。文中简单介绍了计算IGBT损耗的基本理论和相关热分析模型以及应用该工具的相关原则。同时,结合UPS的基本特点和负载特性,重点分析如何有效地利用这个工具来选择IGBT,以及掌握在不同设计和应用条件下IGBT的运行状态。最后以5kVA UPS的实际应用作为案例。 |
在IPOSIM输入参数中,直流母线电压Udc的值是受限制的,不能超过所选的IGBT模块开关测试电压±20%的范围。该值大小对计算IGBT开关损耗有一定影响,当该值接近测试电压±20%的范围时,可以近似认为开关损耗与直流母线电压成线性关系。如果该值超过限制条件,仿真也能够进行,但是仿真结果可能会不准确。
2.2 IGBT输出电流
IGBT标称电流Inom的定义是在给定的壳温条件下无开关过程时允许通过的最大直流电流,并非IGBT流过电流的最大能力。IGBT最大输出电流的大小是受IGBT自身允许最大损耗的限制,另一个是受IGBT输出电流峰值的限制。考虑到IGBT的反向安全工作区(RBSOA),英飞凌IGBT模块有能力关断两倍的额定电流,但是在没有超过热限制的条件下会严格限制输出电流的有效值Irms到2×Inom/范围内。
2.3 功率损耗
在最大允许运行结温Tjop和给定的壳温Tc条件下,结到壳的热阻将会限制IGBT和二极管所允许的功率损耗。不同壳温的设计,会得到不同的最大功率损耗,由于结温纹波,功率限制也会随着输出频率的变化而改变。输出频率越低,允许的功率损耗就越小。
图4为所选IGBT的平均损耗和输出电流之间的关系。虚线为在运行条件下IGBT和二极管所允许的最大损耗,从上到下,第一条实线为总的平均损耗与输出电流之间的关系,第二条为IGBT平均损耗与输出电流的关系,第三条为二极管平均损耗与输出电流的关系。图的左上部分为仿真的相关运行参数。