IGBT参数的定义与PWM方式开关电源中IGBT 的损耗分析

　　在任何装置中使用IGBT 都会遇到IGBT 的选择及热设计问题。当电压应力和电流应力这2 个直观参数确定之后， 最终需要根据IGBT 在应用条件下的损耗及热循环能力来选定IGBT。通常由于使用条件不同， 通过IGBT 数据手册给出的参数不能确切得出应用条件下IGBT 的损耗。比较好的方法是通过测量行业确定IGBT 数据手册中参数的测量条件与实际应用环境的差别， 并介绍IGBT 的损耗的简单测量方法。

　　IGBT 参数的定义

　　厂商所提供的IGBT 开关参数通常是在纯感性负载下测量的， 图1 和图2 分别是IR 公司和TOSHIBA公司测量开关时间的电路和定义开关时间的波形。其共同特点是： 开通处于续流状态的纯感性负载； 关断有箝位二极管的纯感性负载。有些数据手册还给出了开关过程的能量损失 ，也是在同样条件下测量的。

　　对于PWM 方式工作并使用变压器的开关电源， 其工作情况则与之区别很大。图3 是11 kW 半桥型电路及其工作波形， 使用的IGBT 为GA75TS120U。由波形可见， 电流上升时间tr 约为500 ns， 下降时间t f 约为300 ns。但在数据手册中，GA75TS120U 的电流升降时间分别为t r＝ 100 ns，t f＝ 80 ns， 与实际工作情况差异较大。其原因主要在于以下2 个方面：

　　（1）开通时，图3 中由于变压器漏感的存在， IGBT实际上开通了1 个零电流感性负载， 近似于零电流开通， 电流上升率受漏感充电速度的限制， 因而实际电流上升时间tr 不完全取决于IGBT。而数据手册中给出开通处于续流状态的纯感性负载， 开通瞬间， IGBT 既要承受电感中的电流， 还要承受续流二极管的反向恢复电流， 电流上升率则完全取决于IGBT 的开通速度。

　　（2）关断时，图3 中的IGBT 并非是在关断1 个纯感性负载， 而是关断1 个R － L 型负载（ 变压器及其负载， 从变压器一次侧可等效为R －L 型负载） ，其电流的下降时间t f 要慢于关断带箝位的纯感性负载。并且， 对于纯感性负载， 只有当IGBT 的集电极电压上升到箝位值后， IGBT 的电流才开始下降（ 见图1、图2 中波形） ， 而电阻－电感性负载时， 集电极电压和电流几乎是同时变化的（ 见图3b 波形） 。

　　由于上述原因，图3 中IGBT 的t r、t f 均大于给定值， 但这并不意味着损耗的上升， 因为开关损耗还取决于开关过程中电压电流的＂重叠＂程度， 而图3中的＂重迭＂明显不如图1、图2 中严重， 因而整体损耗将下降。