IGBT PIM模块整流桥的计算方法

在通用变频器或伺服驱动器的设计中，经常会用到英飞凌的PIM模块（即集成了二极管整流桥+刹车单元+IGBT逆变单元的模块）。一般情况下PIM模块中的整流二极管都是根据后面逆变IGBT的电流等级来合理配置的，且由于其多数都是连接电网工作于工频50或60Hz工况，芯片结温波动很小，因此其通常不会是IGBT PIM模块是否适用的瓶颈，所以一般在器件选型时也不会特意去计算或仿真PIM模块中整流桥部分的损耗。但有些客户的机型要满足一些特殊工况，或需要考虑模块的整体损耗来做系统的热设计，这时就需要计算整流桥的损耗。而目前我们在线仿真工具IPOSIM并不支持，所以在此介绍一种变通的计算方法，以备您不时之需。

整流桥的损耗计算，在PIM模块里的二极管电流能力都不大，且处于工频开关，所以其开关损耗一般可以忽略，而只计算其导通损耗，相应的理论公式如下，其对晶闸管和二极管均适用（公式中各个变量的含义如下所示）：

公式（1）

以上公式中的F因数取值，跟电路拓扑、输出电流波形和器件导通角度都有关，具体取值可以参考下表：

表（1）

下面我们结合一个实例，

来看一下具体计算的步骤和方法。

应用工况：

某客户欲选用FP25R12W2T7用于三相400V输入7.5kW的通用变频器设计，额定输出电流Iout=17Arms，过载1.5倍时：

Iout@1.5*OL=17*1.5=25.5Arms，

cosφ=0.9，m=1。

需要评估一下整流二极管的最大损耗以方便其系统准确的热设计。

1.根据规格书，将模块中的整流桥二极管的VF-IF曲线近似线性化VF=VT0+rTxIF，求得VT0和rT;

此例中，查询规格书并线性化整流二极管V-I曲线，可以求得：VF=0.7+7.3*10^（-3）*IF，

即对应公式（1）中的VT0=0.7，rT=7.3*10^（-3）

2.根据表（1）来确定F取值，F=IRMS/IAV。对三相整流桥且带直流电容的应用场景，可以取F=2~3。

3.根据拓扑及工况计算出整流桥的最大平均输出电流值Idc.

此例中，根据7.5kW过载时的工况条件，又结合公式：

可得出：Idc≈IM=Iout=25.5A@1.5*OL。

4.求取每个桥臂中流过的平均电流值：

对三相整流，公式中的IAV_arm=Idc/3;

此例中，Iav_arm=Idc/3=25.5=8.5A。

5.应用前面的公式（1）来计算损耗：

6.计算结温，看是否在芯片Tvjop允许的最大结温以下。

此例中，假定散热器温度为Th=90℃，且查询规格书中RthJH=1.36K/W，则整流二极管的运行结温为：

Tvj=Th+Pv*Rthjh=90+10.7*1.36≈105 （℃），

远低于150℃的运行结温，可以安全运行。

至此，一个完整的计算过程就结束了。

审核编辑：彭静