IGBT损耗仿真软件使用说明
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基于IPOSIM的IGBT功率损耗仿真【摘要】IGBT作为一种功率半导体器件,在电能应用邻域得到广泛应用。
在IGBT的使用过程中,要求功率开关器件降低损耗、提高效率、提高性能。
本文就IGBT的损耗计算方法作了简要介绍,并就英飞凌IGBT作了功率损耗的仿真分析。
【关键词】IGBT 功率损耗计算方法仿真The Simulation of The Power Loss for IGBT Base on IPOSIM(The 722 Research Institute of CSIC Hubei Wuhan 430205)Abstract:As a power semiconductor device,IGBT is widely used in the application of electric fields. During the use of IGBT,Request power switching device to reduce losses,improve efficiency and performance. This article briefly describes the loss calculation method on the IGBT,and made a simulation analysis of the power loss on Infineon IGBT.Keywords:IGBT;power loss;calculation method;simulation一、引言绝缘栅晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)是由BJT(双极型晶体管)和MOSFET(绝缘栅型场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件,既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点,又具有BJT的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。
81210205.xls 英飞凌IGBT模块功率仿真 V6.2c July 2008适用于三相逆变应用中的模块选型输出电流为正弦时的平均损耗所选模块BSM75GB120DLCdata sheet 限制:直流母线电压 Vdc [V]600600输出电流有效值 Irms [A]100100输出频率 f0 [Hz]5050开关频率 fs [Hz] 60006000最高结温 Tj [°C] 125125壳温 Tc [°C]8080调制比 m 1.00 1.00负载功率因素 cos φ 1.00 1.00建议最小门极电阻 Rg [Ω]12模块引线电阻 RCC'+EE' [m Ω]IGBT通态损耗 [W]121IGBT开关损耗 [W]59S 181二极管通态损耗 [W]08二极管开关损耗 [W]17S 25曲线图基于 典型的 Tj=125°C时的器件数据曲线图的意义:蓝色(红色)实线和蓝色(红色)虚线的交点所对应的横轴数据代表了在给定工作条件下IGBT(二极管)所允许的最大相输出电流有效值。
1 Hz ≤ f0 ≤ 1000 Hz 应用参数:仿真参数:请在绿色区域内输入变频器的规格:额定电压 600 V +-20% 480 V ≤ Vdc ≤ 720 V 输出电流为正弦时的平均损耗 6000 Hz 开关频率时BSM75GB120DLC 相输出电流有效值 [Arms]-1 ≤ cos φ ≤ 15 x f0 ≤ fs ≤ 10000 x f0-40 °C ≤ Tj ≤ 125°C -40 °C ≤ Tc ≤ Tj 0 ≤ m ≤ 4/π平均损耗 P a v [W ]Irms ≤ sqr(2)*Inom = 106 A 050100150200250020406080100120Losses (IGBT) / W Losses (diode) / W Losses per switch (IGBT + diode) / W max. losses (IGBT) @ Tcase=80°C max. losses (diode) @ Tcase=80°C。
IGBT模块热网络模型及电路仿真应用IGBT芯片在模块内工作时面临高压大电流环境,每个芯片因位置差异导致其温度各不相同,因此直接精准测量每个芯片的结温基本上是不可能的。
通常使用建立IGBT模块简化模型的方法,通过计算、仿真等方法得到IGBT模块内部芯片的等效结温,称为虚拟结温,用标志Tvj来表示。
广义上来说,谈到IGBT模块结温的时候,大部分情况下其实都是在说虚拟结温Tvj。
图1 IGBT模块内部结构IGBT模块的真实热传导路径应当是三维的,热量从芯片发出,通过横向(X,Y)和纵向(Z)路径传导。
由于模块内部结构复杂,所以模块内每一层材料上不同点的温度不一定相同,热传导形成的等温面可能是不规则的曲面(如图2)。
图2 IGBT模块内部传热路径和等温面半导体器件厂商为了量化半导体器件内部的虚拟结温Tvj,提出了一维分层热结构模型的方法。
该方法基于以下假设:(1)IGBT模块内部的传热路径简化为从内部芯片到外部基板的一维路线热结构模型(实际上其它路径的传热量的确远小于该路径);(2)热结构模型体现的是模块内部等温面的分布,而不是对IGBT 模块内部物理结构的简单等效。
一、用电路理论分析热模型1.Cauer热网络模型将物体内部按材料进行分层,每一层都有其对应的热阻、热容,这种基于物体内部不同材料的真实物理特性建立的热网络模型叫做Cauer网络模型。
Cauer热网络模型可以用电路模型来等效。
模块外部的导热材料和散热器模型也可以一并加入热网络模型。
热源(W)可以对应电流源(A),热阻(K/W)可以对应电阻(Ω),热容(J/K)可以对应电容(F),温度(K)可以对应电压(V)。
有了这样的对应关系,即可将热模型转化为电路模型。
如图3所示,即为Cauer热网络模型转化成电路模型的情况。
图3 Cauer热网络模型转为电路模型通过电路仿真软件,将模块工作时的损耗用数学模型表示成电流,输入等效电路模型,监测各层的电路节点电压,即可得到各层的仿真温度。
如何在Pspice导入IGBT Spice Model并仿真验证2014-04-20 1 IGBT模型文件导入已下载IGBT Spice Model文件sgxxxn60.lib,导入到Pspice的步骤如下:1)打开Pspice Model Editor Student,进行模型编辑,如图1所示。
图 1 打开模型编辑2)在模型编辑器的File菜单中选择New。
3)将要导入的模型放在Pspice下的路径C:\Program Files\OrCAD_Demo\Capture\Library\Pspice,如图2,下一步,在Model菜单中选择Import并找到模型文件sgxxxn60.lib,打开。
②①图 2 Import模型文件4)然后创建Capture的元件符号。
模型文件(.lib )处于打开状态时,选择File>Create Capture Parts。
③①②图 3 创建Capture元件符号弹出对话框如图3所示,在Enter Input Model Library点击Browser,选择模型文件,输出元件库会自动出现,但是文件名的扩展名为.olb。
5)点击OK按钮,一个.err文件窗口将打开,显示创建库的状态,检查有无错误提示,在状态窗口点击OK,完成符号文件创建。
2 编辑IGBT器件Pspice符号本节说明怎样用模型文件为模型文件中的器件创建相应的元件符号。
1)打开OrCAD Capture,如图4所示。
图4 启动Capture2)下拉菜单File>Open>Library,浏览创建的符号文件(SGXXXN60.OLB),点击打开,出现PCB 窗口,能看到sgxxxn60库中包含不同的器件,如图5所示。
图5 浏览符号文件.olb3)双击其中某个器件,以SGP02N60为例,出现如图6所示窗口,即为器件的原始生成符号,器件符号上的红线对应管脚,其中GATE为IGBT的栅极,ANO(anode阳极)为IGBT的集电极,KAT(kathode 阴极)为IGBT的发射极。
379350538.xls 英飞凌IGBT模块功率仿真 V6.2c July 2008适用于三相逆变应用中的模块选型输出电流为正弦时的平均损耗所选模块BSM75GB120DLCdata sheet 限制:直流母线电压 Vdc [V]600600输出电流有效值 Irms [A]100100输出频率 f0 [Hz]5050开关频率 fs [Hz] 60006000最高结温 Tj [°C] 125125壳温 Tc [°C]8080调制比 m 1.00 1.00负载功率因素 cos φ 1.00 1.00建议最小门极电阻 Rg [Ω]12模块引线电阻 RCC'+EE' [m Ω]IGBT通态损耗 [W]121IGBT开关损耗 [W]59S 181二极管通态损耗 [W]08二极管开关损耗 [W]17S 25曲线图基于 典型的 Tj=125°C时的器件数据曲线图的意义:蓝色(红色)实线和蓝色(红色)虚线的交点所对应的横轴数据代表了在给定工作条件下IGBT(二极管)所允许的最大相输出电流有效值。
1 Hz ≤ f0 ≤ 1000 Hz 应用参数:仿真参数:请在绿色区域内输入变频器的规格:额定电压 600 V +-20% 480 V ≤ Vdc ≤ 720 V 输出电流为正弦时的平均损耗 6000 Hz 开关频率时BSM75GB120DLC 相输出电流有效值 [Arms]-1 ≤ cos φ ≤ 15 x f0 ≤ fs ≤ 10000 x f0-40 °C ≤ Tj ≤ 125°C -40 °C ≤ Tc ≤ Tj 0 ≤ m ≤ 4/π平均损耗 P a v [W ]Irms ≤ sqr(2)*Inom = 106 A 050100150200250020406080100120Losses (IGBT) / W Losses (diode) / W Losses per switch (IGBT + diode) / W max. losses (IGBT) @ Tcase=80°C max. losses (diode) @ Tcase=80°C。
PSIM®用户指南9版版本32010五月版权©2001-2010 Powersim公司保留所有权利。
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EWB基础教程1.创建电路(1)元器件操作元件选用:打开元件库栏,移动鼠标到需要的元件图形上,按下左键,将元件符号拖拽到工作区。
元件的移动:用鼠标拖拽。
元件的旋转、反转、复制和删除:用鼠标单击元件符号选定,用相应的菜单、工具栏,或单击右键激活弹出菜单,选定需要的动作。
元器件参数设置:选定该元件,从右键弹出菜单中选Component Properties 可以设定元器件的标签(Label)、编号(Reference ID)、数值(Value)和模型参数(Model)、故障(Fault)等特性。
说明:①元器件各种特性参数的设置可通过双击元器件弹出的对话框进行;②编号(Reference ID)通常由系统自动分配,必要时可以修改,但必须保证编号的唯一性;③故障(Fault)选项可供人为设置元器件的隐含故障,包括开路(Open)、短路(Short)、漏电(Leakage)、无故障(None)等设置。
(2)导线的操作主要包括:导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。
连接:鼠标指向一元件的端点,出现小园点后,按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点,出现小园点后松开鼠标左键。
删除和改动:选定该导线,单击鼠标右键,在弹出菜单中选delete 。
或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。
说明:①连接点是一个小圆点,存放在无源元件库中,一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线,而且连接点可以赋予标识;②向电路插入元器件,可直接将元器件拖曳放置在导线上,然后释放即可插入电路中。
(3)电路图选项的设置Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格(Grid)、显示字体(Fonts)的设置,该设置对整个电路图的显示方式有效。
其中节点号是在连接电路时,EWB自动为每个连接点分配的。
2.使用仪器(1)电压表和电流表从指示器件库中,选定电压表或电流表,用鼠标拖拽到电路工作区中,通过旋转操作可以改变其引出线的方向。
现代电力电子技术IGBT建模与仿真一、IGBT结构及工作原理自上世纪80年代绝缘栅双极型晶体管(IGBT)问世以来,逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET等器件,在中频、中等功率变流领域获得了广泛的应用。
IGBT 克服了功率MOSFET高通态损耗的特性,同时保持了MOSFET门极电压驱动的优点。
IGBT是一种PNPN四层结构的器件,其结构剖面图和等效电路如图(1)所示。
(a) 剖面图(b) 达林顿等效结构图(1)IGBT结构剖面图及等效电路由图(1)(b)可知,IGBT相当于一个MOSFET和一个BJT的混合电路。
当在其栅极施加一个足够大的正向电压时,MOSFET内部将形成沟道,为晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。
此时由于P+区的空穴注入到N-区产生电导调制效应,能够减小N-区的电阻,从而使IGBT具有较小的通态压降。
二、IGBT工作特性IGBT的工作特性分为静态特性和动态特性两种。
(1)静态特性静态特性描述了稳态情况下IGBT的电流与电压关系,最常用的是其伏安特性和转移特性。
伏安特性指的是在不同的Vge下,Ice与Vce之间的关系,如图(2)左图所示。
转移特性是指集电极电流Ic与栅射电压Uge之间的关系,如图(2)右图所示。
图(2)IGBT的静态特性(2)动态特性动态特性描述了开关过程中IGBT的电压电流随时间变化的关系,分为开通特性和关断特性。
(a)开通过程 (b)关断过程图(3)IGBT的动态特性在开通过程中有两点值得关注:一是电流Ic上升率较快时,快恢复二极管的反向恢复电流将导致Ic出现尖峰,这一尖峰会引起电磁干扰等问题;二是寄生电容Cgc导致Miller效应,使Vge出现Miller平台,增加开通损耗。
在关断过程中,Cgc的分流作用使得在Vce下降过程中同样会出现Miller 平台,增加关断损耗。
此外电流下降过程中,二极管偏置导通将引起电压过冲,导致电磁干扰问题。
由于MOSFET快速关断,PNP双极管中存储的电荷不能及时释放,关断过程中还会有一个较长的拖尾电流,也增加了关断损耗。
IGBT模块单个IGBT及二极管功耗分析工具IGBT模块简易热仿真计算辅助工具一、IGBT模块损耗分析:IGBT模块的构成一般为IGBT部和FWD(反向二级管)部,它们各自的损耗的合计即为IGBT模块整体的损耗。
功率器件工作时会产生功率损耗,变频器功率模块的损耗主要由IGBT和快恢复二极管两个部分组成,且分别包括通态损耗和开关损耗。
无论IGBT还是FWD的通态损耗均可以通过输出特性计算。
开关损耗可以通过开关特性与集电极电流特性之间的关系计算。
结温Tj一般采用IGBT允许的最高值。
二、变频器特性分析:理论分析前提:1、输出电流为理想正弦波;2、通过正弦波和内部三角波比较产生PWM波3、变频器拓扑应当是正弦波电流输出三相PWM控制变频器变频器电压电流关系为:三、变频器通态损耗计算:填入模块相关工作条件信息:3.1 认识开关管的通态阻抗?由于IGBT的Vce和Ic的关系是非线性关系,导致IGBT的损耗非常难以精确计算。
IGBT的生产厂家一般会提供下面的曲线,可以整理为下图右边的示意图:根据上图,选择实际驱动电压所在的曲线,计算出IGBT的通态等效电阻:该曲线电阻的计算公式是:rCE=(2V-1V)/(28.5A-2A)。
可以得到IGBT的通态等效阻抗约为:rCE = 0.001Ω3.2 选择饱和压降为多少:再查IGBT的Datasheet,会提供下面的饱和压降信息:以25℃时的状态为例,取其典型值为:VCE0 = 2.1V (从上图也可以看出IGBT的饱和压降是随着温度而升高的,温度越高,其导通损耗更大)3.3 了解到IGBT工作时流过的电流有效值为多少:假如知道系统的输出功率为:Pout = 500KW同时知道系统输入的母线电压为:Vbus = 450V考虑系统设计的工作效率,因此则可以取流过单个IGBT的电流为:Ic = 267.3A3.4 设置IGBT上电压电流波形的相位差值:本值为流经IGBT的电流Ic与IGBT的Vce电压之间的相位差。
IGBT损耗仿真软件使用说明IGBT损耗仿真软件是一种用于模拟和预测绝缘栅双极型晶体管(IGBT)损耗的软件工具。
IGBT是一种常用的功率半导体器件,广泛应用于各种交流和直流电源,电力变换以及电力电子应用中。
准确地预测和评估IGBT的损耗对设备的设计和性能至关重要。
以下是IGBT损耗仿真软件的使用说明:2.创建新项目:打开软件后,你可以选择“新建项目”创建一个新的仿真项目。
在项目名称和路径中输入所需的信息,并确保选择正确的IGBT模型和损耗模型。
4.设置仿真参数:在导入了IGBT模型后,你可以设置仿真参数,包括输入电压和电流波形、温度、开关频率等。
这些参数将影响到仿真结果的准确性和可靠性,因此需要根据实际情况进行设置。
5.运行仿真:在设置好了仿真参数后,你可以点击“运行仿真”按钮开始进行仿真。
软件将根据你所设定的参数和模型,模拟和计算出IGBT 的损耗情况。
仿真时间的长短取决于你设定的仿真时间和频率。
6.分析结果:仿真完成后,软件将生成一个仿真结果报告,其中包括IGBT的损耗值、电压和电流波形、温度分布等。
你可以通过查看报告来评估和分析IGBT的性能和损耗情况,以便进行进一步的改进和优化。
7.优化设计:根据仿真结果报告的分析,你可以确定IGBT的性能和损耗是否满足设计要求。
如果发现了性能不足或损耗过大的问题,你可以通过优化设计来改进。
这可能涉及到更换更适合的IGBT模型、调整电路设计、改变工作条件等。
8. 导出数据:除了报告之外,软件还可以导出仿真数据供进一步分析和处理。
你可以将数据导出为Excel或其他格式,以便在其他软件中进行更详细的分析。
总结:IGBT损耗仿真软件是一种强大的工具,能够帮助工程师准确地预测和评估IGBT的损耗情况。
然而,为了获得准确和可靠的仿真结果,需要正确设置仿真参数、导入合适的IGBT模型以及正确分析和优化设计。
希望以上的使用说明能够对你在使用IGBT损耗仿真软件时提供帮助。
基于IPOSIM的IGBT功率损耗仿真基于IPOSIM的IGBT功率损耗仿真【摘要】IGBT作为一种功率半导体器件,在电能应用邻域得到广泛应用。
在IGBT的使用过程中,要求功率开关器件降低损耗、提高效率、提高性能。
本文就IGBT的损耗计算方法作了简要介绍,并就英飞凌IGBT作了功率损耗的仿真分析。
【关键词】IGBT 功率损耗计算方法仿真The Simulation of The Power Loss for IGBT Base on IPOSIM(The 722 Research Institute of CSIC Hubei Wuhan 430205)Abstract:As a power semiconductor device,IGBT is widely used in the application of electric fields. During the use of IGBT,Request power switching device to reduce losses,improve efficiency and performance. This article briefly describes the loss calculation method on the IGBT,and made a simulation analysis of the power loss on Infineon IGBT.Keywords:IGBT;power loss;calculation method;simulation一、引言绝缘栅晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)是由BJT(双极型晶体管)和MOSFET(绝缘栅型场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件,既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点,又具有BJT的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。
Implement insulated gate bipolar transistor(IGBT)实现绝缘栅双极型晶体管LibraryFundamental Blocks/Power ElectronicsDescriptionThe IGBT block implements a semiconductor device controllable by the gate signal.The IGBT is simulated as a series combination of a resistor R on,inductor L on,and a DC voltage source V f in series with a switch controlled by a logical signal(g>0or g=0)IGBT模块是一个由门信号控制的半导体元器件。
IGBT可以视作一个电阻一个电感一个直流电压源一个门信号控制的开关串联The IGBT turns on when the collector-emitter voltage is positive and greater than V f and a positive signal is applied at the gate input(g>0).It turns off when the collector-emitter voltage is positive and a0signal is applied at the gate input(g=0).当集电极与发射极间的电压正偏并且大于V f,而且存在门信号(g>0),IGBT打开。
当集电极与发射极间的电压正偏门信号为0(g=0),其关闭。
The IGBT device is in the off state when the collector-emitter voltage is negative.Note that many commercial IGBTs do not have the reverse blocking capability.Therefore,they are usually used with an antiparallel diode.当集电极与发射极间的电压反向偏置,IGBT模块处于关闭状态。
数字化交直流方波IGBT逆变焊机软件用户说明书华意隆电气股份有限公司的数字化交直流方波IGBT逆变焊机软件是基于美国NXP(恩智浦)半导体公司高性能MCU处理器P89LPC932A而开发的数字化IGBT逆变焊机的控制软件,实现了焊机的数字化控制。
焊接参数可作精确设定和调节,满足高品质焊接的需求。
具有焊接电流电压参数存储功能,使用简单方便,能确保对最佳工艺参数的控制。
设计思想巧妙,有十组的焊接工艺参数专家数据储存器,使得该控制软件具有存取焊接工艺参数简便易行,用户界面可操作性强。
软件的主要功能以及使用说明:一、该控制软件可以根据不同的焊接工艺要求和用户选择以下三种焊接方式,并根据用户在操作界面的选择,输出不同的焊接输出特性。
(1)手工电弧焊(2)直流TIG焊(3)直流脉冲TIG焊(4)交流方波TIG焊以上四种功能中,每种功能都具有多个可调节的焊接工艺参数,用户既可以采用系统默认的参数简单方便地设置焊机的焊接参电压电流数值,同样可以根据不同的焊接要求自主的精细地调整焊机的焊接电压电流参数值,以满足不同用户的具体使用习惯和偏好,使焊机发挥出最佳的焊接效果。
二、该软件具有非常友好的用户操作界面,用户可以很直观的了解操作界面,方便地使用焊机的各项功能学会设定实时调节焊接参数值,存储和调用焊机的工艺参数。
该控制软件使用LED显示器作为用户界面,可显示焊机的工作电流及其他各项可调电弧参数值。
面板布局如图1所示。
图1. 数字化交直流方波IGBT逆变焊机面板布局图按键功能的定义表:(1)Key1:存储功能键(2)Key2:数据调用键(3)Key3:TIG焊脉冲参数及交/直流方波参数选择键(4)Key4:TIG焊接参数选择键(5)Key5:焊接模式选择键(6)Key6:2T/4T模式切换键(7)Key7:TIG焊直流/直流脉冲功能切换键(8)Key8:电源开关键(9)PluseKey:脉冲编码器,带微动开关LED显示说明表:(1)led0:三位八段数码管(2)led1:TIG脉冲焊基值电流设置指(3)led2:TIG脉冲焊占空比设置指示灯(4)led3:TIG脉冲焊脉冲频率设置指示灯(5)led4:TIG焊提前送气时间设置指示灯(6)led5:TIG焊引弧电流设置指示灯(7)led6:TIG焊爬升电流时间设置指示灯(8)led7:焊接电流设置指示灯(9)led8:TIG焊下降电流时间设置指示灯(10)led9:TIG焊收弧电流设置指示灯(11)led10:TIG焊滞后送气时间设置指示灯(12)led11:手工电弧焊模式(13)led12:直流TIG焊模式(14)led13:交流TIG焊模式(15)led14:2T模式(16)led15:4T模式(17)led16:TIG焊脉冲启动指示灯(18)led17:TIG焊脉冲关闭及直流指示灯(19)led18:交/直流脉冲频率调节指示灯(20)led19:交流方波脉冲清理脉宽调节指示灯(21)led20:交流方波清理脉冲电流调节指示灯用户界面方便、快捷、直观。