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《基于PSPICE仿真IGBT功耗計算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、微電機2004年第37卷第6期(總第141期)伺服技術(shù)·SERVOTECHNIQUE基于PSPICE仿真的IGBT功耗計算曹永娟李強林明耀(東南大學電氣工程系,南京210096)摘要:基于PSPICE仿真,結(jié)合無刷直流電機提出了IGBT功率損耗的估算方法,研究了IGBT功率損耗與開關(guān)頻率和柵極電阻阻值之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞:功耗;IGBT;仿真;中圖分類號:TP211.5文獻標識碼:A文章編號:1001-6848(2004)06-0040-02MethodofestimatingPowerlossofIGBTbasedonPSPICESimulationCAOYong-juan,LIQ
2、iang,LINMing-yao(SoutheastUniuersity,Nanjing210096,China)Abstract:Inthispaper.amethodofestimatingpowerlossofIGBTbasedonPSPICEsimulationisproposed,andtherelationsbetweenpowerlossofIGBTandswitchfrequency,gateresistancearepresented.Keywords:powerloss;IGBT;simulation1IGBT電路仿真模型圖1所示是三相星形連接的無刷直流電機的全
3、控電路。T1,T2?T6為6只IGBT絕緣柵晶體管,S1,S2?S6為6個控制信號。本電路采用兩兩導通六狀態(tài)運行方式,同時PWM調(diào)制采用上橋臂調(diào)制圖2一相繞組仿真電路圖下橋臂恒通的調(diào)制方式,這樣可以降低逆變器的開IGBT可靠關(guān)斷,設(shè)定低電壓為-5V;下橋臂直流源關(guān)損耗。通過控制上橋臂PWM波形的占空比來改為+15V;柵極電阻RG暫取為100,加至IGBT的電變加到電機繞組的電壓,從而控制電機的轉(zhuǎn)速。為了源為300Vdc,負載為電感性?？s短仿真時間,將三相電路簡化為如圖2所示的一2仿真結(jié)果相繞組電路進行仿真。圖3所示為加在IGBT的G1、E1間控制上橋臂晶體管導通與關(guān)斷的PWM信號波
4、形。由于下橋臂晶體管始終導通,負載為電感性,并且由于集射極間電壓的變化通過極間電容耦合的作用,所以控制電壓PWM波形略有失真。圖1三相全控電路圖設(shè)定PWM信號的高電壓為+15V,為了確保圖3門極控制電壓波形圖圖4所示為IGBT集射間電壓VC波形。當VGE收稿日期:2003-05-28為15V時,IGBT導通,VCE為飽和壓降,大約為0.—40—壓縮機用稀土永磁無刷直流直線電動機馬瑞卿劉衛(wèi)國劉景林其開關(guān)損耗分別為:t+toff1Psoff=∫tuidt(3)Tofft+ton1Pson=∫uidt(4)TonPs=Psof+Pson(5)圖4集射間電壓波形圖式(3)～(4)中,u、i
5、分別表示IGBT集射間電壓7V。當VGE降為-5V時,IGBT關(guān)斷,關(guān)斷過程中集瞬時值及集電極電流瞬時值。開通與關(guān)斷功耗不相射電壓VCE的變化情況與負載的性質(zhì)有關(guān),VCE上升同,關(guān)斷時間比開通時間長,關(guān)斷損耗明顯大于開通到700多伏。在電感性負載情況下,VCE會突然上升損耗。忽略開通時的功率損耗。因此總功率損耗由而產(chǎn)生過沖現(xiàn)象,IGBT將承受較高的dT/dt沖擊。關(guān)斷功率損耗和導通時的功率損耗構(gòu)成。功率損耗計算程序流程圖如圖6所示。圖5集電極電流波形圖圖5所示為集電極電流IC隨時間變化的仿真波形。如果負載是純電阻性的,則集電極的—發(fā)射極電壓VCE就反映了集電極電流IC,集電極電流與
6、集電極—發(fā)射極電壓以同樣規(guī)律變化。但對于電感性負載,電感中的電流不能突變,故在圖5中Ic呈連續(xù)狀態(tài)。在圖2中,電感L1=6.7mH,電阻R10=1.8。負載阻抗為R+j2PfL(取f=5kHZ),即約為1.8圖6IGBT功率損耗計算程序流程圖+j210,可見,負載幾乎為純電感性。當IGBT導通在針對于IGBT電路模擬的PSPICE仿真圖形或關(guān)斷時,電感電流不能突變,呈緩慢上升或下降趨中,提供了功耗計算所需的集射間電壓瞬時值和流勢。過集電極的電流瞬時值。利用它們再根據(jù)式(1)～(5),進行數(shù)值計算,即可求得電路的總能耗。3功耗計算4計算結(jié)果功率半導體器件大多數(shù)工作于開關(guān)形式,在開、關(guān)
7、過程和導通工作過程都有功率損耗。IGBT器件改變PWM脈沖電壓的工作頻率,即改變IG-的總功耗P,是由開和關(guān)瞬時功耗Ps和通態(tài)功耗PfBT的開關(guān)頻率,分別計算在相同的時間內(nèi)IGBT的功率損耗,得出開關(guān)頻率與功率損耗的對應(yīng)數(shù)值如組成的。表1所示。對應(yīng)于RG=100,占空比=50%,改變柵P=Pf+Ps(1)極電阻RG值,分別計算IGBT在一個周期內(nèi)的功率3.1通態(tài)損耗損耗,得功率損耗與柵極電阻RG的對應(yīng)數(shù)值如表2所示,對應(yīng)于f=5k,占空比=50%。IGBT開通后,在飽
