王犖犖 羅文廣

摘 要 針對大功率變頻器中功率器件IGBT選型，富士公司設(shè)計(jì)了IGBT仿真軟件Fuji IGBT simulator，大大縮短了對于富士IGTB損耗和溫升的計(jì)算時(shí)間，提高設(shè)計(jì)的速度，更加適應(yīng)于在工程應(yīng)用之中。

【關(guān)鍵詞】IGBT 損耗和溫升 Fuji IGBT simulator

電壓控制性元器件IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor）作為第三代功率器件，是單元串聯(lián)高壓變頻器的功率單元逆變電路中非常關(guān)鍵的功率器件，IGTB的正確選取會(huì)直接影響到功率單元能否正常工作。

由于設(shè)備和器件長期處于一個(gè)大功率的工作狀態(tài)，因此在選型過程中不僅僅需要考慮耐壓，電流上限，最大工作頻率以及安全工作區(qū)域（SOA）這些基本參數(shù)，還需要著重考慮功率器件IGTB的損耗和溫升的因素。本文主要講述對于富士IGBT進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和選型分析，對于損耗和溫升計(jì)算仿真提供指導(dǎo)意義。

1 IGBT損耗和溫升的基本原理

IGBT模塊一般包括IGBT和二極管FWD組成。由于IGBT模塊在逆變電路中會(huì)不斷導(dǎo)通和關(guān)斷，因此其損耗可以認(rèn)為由IGBT和FWD損耗之和組成，而IGBT和FWD各自的損耗又由導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗組成，即

2 基于IGBT simulator仿真工具的損耗和溫升分析

上面講述了IGTB模塊損耗和溫升的計(jì)算方法，雖然根據(jù)上面公式可以計(jì)算出具體的損耗和溫升，但是在實(shí)際的工程應(yīng)用之后，對于工程設(shè)計(jì)需要追求更加便捷和快速的方法。根據(jù)工程的需要，有些功率器件IGBT廠商依據(jù)自己的產(chǎn)品特性設(shè)計(jì)出了針對自己產(chǎn)品的仿真計(jì)算軟件，可以大大縮減工程設(shè)計(jì)的時(shí)間和工作量。下面主要運(yùn)用富士的IGBT仿真工具Fuji IGBT simulator對于富士IGBT進(jìn)行損耗和溫升的仿真分析。

對于10kV高壓變頻器，設(shè)計(jì)的功率單元樣機(jī)的額定直流母線電壓為1000V，額定最大輸出電流為850A的產(chǎn)品。查詢富士IGBT產(chǎn)品手冊，根據(jù)耐壓和電流上限等基本參數(shù)選擇型號為1MBI1600U4C-170的IGBT模塊，其耐壓為1700V，額定電流為1600A。

打開仿真軟件Fuji IGBT simulator，輸入相關(guān)參數(shù)，并且需要考慮一定的裕量。具體輸入的參數(shù)如下

（a）直流母線電壓VDC=1100V

（b）有效輸出電流值Iout=1050A

（c）IGBT開關(guān)頻率f=700Hz

（d）功率因數(shù)

（e）散熱器溫度Th=90℃

選擇選定的富士IGBT的型號之后，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊仿真計(jì)算按鈕，軟件即顯示出仿真的損耗和溫升的曲線，圖1為IGBT和FWD的損耗曲線，圖2為溫升結(jié)果曲線。

由此，經(jīng)過仿真分析，由上圖可知所選型號富士IGBT在運(yùn)行工作時(shí)的最大結(jié)溫接近112℃，查詢參數(shù)手冊可知允許的IGTB最大結(jié)溫為150℃，因此根據(jù)仿真結(jié)果可以認(rèn)為可以選用。

3 結(jié)論

采用Fuji IGBT simulator對富士IGBT進(jìn)行仿真計(jì)算，可以減免復(fù)雜繁瑣的計(jì)算，更加快速直觀的得到IGTB的損耗和溫升結(jié)果，排除不符合條件的功率器件，對于工程應(yīng)用有著很大的指導(dǎo)意義。下一步就是進(jìn)行實(shí)際的溫升實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證，即可最終確定功率器件選用。

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作者單位

桂林電子科技大學(xué) 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541004