張鳳 王會(huì)剛 張海清 姜陽

摘要：IPM（智能功率模塊）近年來廣泛應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)中，其動(dòng)態(tài)參數(shù)決定了IPM的正常工作。IPM動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試主要包括上下管IGBT的ton、tc（on）、toff、tc（off）、trr、Eon、Eoff及并聯(lián)FRD的Erec測(cè)試，損耗計(jì)算包括動(dòng)態(tài)損耗和通態(tài)損耗。本文重點(diǎn)講述IPM動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試及損耗計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：智能功率模塊;動(dòng)態(tài)參數(shù);損耗

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0233-03

智能功率模塊（Intelligent Power Module）內(nèi)部的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和FRD（Fast Recovery Diode）作為IPM的功率元件其動(dòng)態(tài)參數(shù)直接標(biāo)志著IPM性能的好壞。損耗計(jì)算主要用于IPM應(yīng)用方案設(shè)計(jì)過程中[1-2]。

IPM動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試主要包括上下管IGBT的開通延遲時(shí)間ton、開通時(shí)間tc（on）、關(guān)斷延時(shí)時(shí)間toff、關(guān)斷時(shí)間tc（off）、反向恢復(fù)時(shí)間trr、開通損耗Eon、關(guān)斷損耗Eoff及并聯(lián)FRD的Erec測(cè)試，損耗計(jì)算包括動(dòng)態(tài)損耗和通態(tài)損耗計(jì)算。

1 測(cè)試電路

本文采用動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路如圖1、2、3所示，選取IPM中U相上下管IGBT和上管并聯(lián)的FRD作為被測(cè)管，設(shè)備如圖4所示，開關(guān)時(shí)間定義如圖5所示。

圖1中DC-Link提供IPM額定電壓，電壓探頭檢測(cè)IGBT的VCE電壓，電流探頭檢測(cè)集電極電流。圖2中DC-Link提供IPM額定電壓，電壓探頭檢測(cè)IGBT的VCE電壓，電流探頭檢測(cè)集電極電流。圖3中探頭連接如下：（1）電流探頭必須夾在上管IGBT的集電極;（2）電壓探頭夾在上管的集電極-發(fā)射極之間;（3）將測(cè)量到電壓和電流值乘積作為FRD的瞬時(shí)功率[3-4]。輸入電壓：310VDC。輸出電流：20A。輸出電感：1mH。開關(guān)頻率：15kHz。占空比：0.36。

本文選擇A公司IPM樣品一只，進(jìn)行測(cè)試。IPM焊接在測(cè)試板（電路板上提供IPM的供電電壓以及使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)）。

2 測(cè)試結(jié)果

3 損耗計(jì)算

3.1 動(dòng)態(tài)損耗

1）IGBT開關(guān)損耗：

[PIGBT=fsw*（Eon+Eoff）*IcInom]

其中，fsw為 IGBT 開關(guān)頻率，Eon為開通損耗，Eoff為關(guān)斷損耗，Ic為實(shí)際工作電流 Inom為額定電流。

2）續(xù)流二極管開關(guān)損耗：

[Pdiode=fsw*Erec*IrrInom]

其中，fw為IGBT 開關(guān)頻率，Erec為續(xù)流損耗，Irr為實(shí)際工作電流， Inom為額定電流。

3.2 導(dǎo)通損耗

1）IGBT 導(dǎo)通損耗：

[PIGBT=Vcesat*Ic*D]

其中，Vcesat為飽和壓降，Ic為集電極電流，D為平均占空比。

2）續(xù)流二極管導(dǎo)通損耗：

[Pdiode=VF*Irr*（1-D）]

其中，VF為導(dǎo)通壓降，Irr為實(shí)際工作電流，D為平均占空比。

4 結(jié)論

本文介紹的測(cè)試方法和損耗計(jì)算公式能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出IPM的動(dòng)態(tài)參數(shù)及損耗，為評(píng)價(jià)IPM性能提供可靠的依據(jù)，同時(shí)能夠驗(yàn)證IPM系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用方案的可實(shí)施性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐曉峰，連級(jí)三，李風(fēng)秀.IGBT 逆變器吸收電路的研究[J].電力電子技術(shù)，1998，32（3）：43-47.

[2] 李樹良.智能功率模塊IPM原理及應(yīng)用[J].半導(dǎo)體行業(yè)，2000（2）：28-29.

[3] 李廣海，葉勇，蔣靜坪.IPM驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2003，29（12）：43-45，49.

[4] 王曉明，楊秀艷，董玉林.智能功率模塊IPM故障信號(hào)的處理方法[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，25（2）：95-96.

【通聯(lián)編輯：王力】