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。 |
2.5 基准
该功能能够比较不同模块在相同运行条件下输出电流能力和开关频率之间的关系,进而反映不同芯片技术的IGBT模块之间的差异性,体现不同芯片的性能。在IPOSIM中,有三个可供选择,所有的比较都要基于相同的基准,如运行条件、散热器热阻等。如果不能提供实际所用散热器的热阻时,系统会依据IGBT模块底板的大小用默认的初始化参数作为输入进行比较。实际上,不同封装的模块也能够进行比较,但要注意所选用的散热器热阻,否则比较结果可能会出有不同。图7为不同模块输出电流和开关频率之间的比较结果。
2.6 负载周期
IPOSIM不但能够计算单个运行点的开关损耗和温度,而且能够定义周期性的负荷,来分析不同运行条件下IGBT的损耗和温度状况。最多允许定义50个负荷点,而且可以把定义的负荷参数另存在文件中以方便下一次的仿真应用。
2.7 自定义IGBT仿真数据
IPOSIM的仿真结果都是基于每个IGBT模块规格表上的数据。但这些数据都是在一定测试条件下得到的,有时这些值可能和实际用到的数据值有所不同,如栅极驱动电阻Rg。不同的Rg所引起的开关损耗是不同的,但在IPOSIM中,Rg值不作为输入条件用于仿真,而是根据实际的Rg值,用IGBT规格书上的开关损耗和Rg之间的关系读出相对应的Eon、Eoff和Erec,然后建立一个新的IGBT仿真数据。这些数据在建立时应该依据一定的输入格式和要求,详细内容参考文献[1],否则仿真结果可能会不准确。
3 IGBT损耗的计算
在正弦输出电流条件下,计算IGBT开关的平均损耗的准确方法是把整个周期内的每个开关脉冲电流所产生的开通能量Eon、关断能量Eoff和导通能量Econd求和。IGBT总损耗包括导通损耗和开关损耗。在一个输出周期T0内,IGBT平均导通损耗通常按下式来计算。