IGBT功率损耗计算对比
---手算、Psim热模型、IPOSIM计算
蔡 华
目的：对Psim中IGBT热模型功率计算方法进行验证，以便后期使用参考。 方法：(1根据器件手册计算；
(2根据英飞凌官方提供的计算工具核对. 条件：经典的Buck电路；
输入电压：1000V； 输出电压：500V； 输出电感：1mH； 负载电阻：5Ω； 开关频率：5kHz 占空比：0.5；
IGBT：英飞凌FF300R17ME4。 Psim仿真电路见图1。
图 1 Psim仿真模型
英飞凌网站主页IPOSIM工具入口方法见图2。 英飞凌官方功率计算网站
http://infineon.transim.com/iposim/HighPower/All/TopologySelection.aspx
图 2 英飞凌网站主页IPOSIM工具入口
1. 手工计算IGBT损耗
(1 计算IGBT导通损耗。
手册中给定的器件FF300R17ME3的IGBT导通电流与压降关系如图3所示。
图 3 IGBT导通电流与压降
IGBT导通时，从上述条件，可知，负载电压500V，负载平均电流100A，对应器件压降1.4V，占空比为0.5，平均导通损耗Pcond=100A*1.4V*0.5=70W。
(2计算IGBT开关损耗。
手册中给定的IGBT开通和关断损耗与电流关系如图4所示。
图 4 IGBT开通和关断损耗与电流关系
IGBT导通平均电流为100A，开通关断，每次开关动作对应的开通和关断损耗Eon+Eoff=75mJ，实际Uce承受电压为1000V，图中测试条件为900V，所以还要乘以1000/900，开关频率为5kHz。所以对应的开关损耗为Psw=75m*5k*1000/900=416.6W。
(3计算IGBT反并联二极管导通损耗。
手册中给定的IGBT反并联二极管压降与电流关系如图5所示。
图 5 IGBT反并联二极管压降与电流关系
IGBT关断时，电流从续流二极管流过，IGBT反并联二极管导通电流基本为0，损耗为0，
可能此处不严谨，求拍。
(4计算IGBT反并联二极管反向恢复损耗。
手册中给定的IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系如图6所示。
图 6 IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系
由于IGBT反并联二极管无电流，所以认为此处反向恢复损耗也为零。
2. IPOSIM工具（英飞凌官方网站IGBT损耗计算）
选择DC/DC-Buck电路拓扑，输入如下参数，选择本文的器件，计算。
DC/DC - Buck > Simulation ResultsHello: Hua Cai | Logout | Feedback | Help/Support Input Requirements
Input Voltage Blocking Voltage Output Voltage Duty Cycle Switching Frequency Load Resistance Load Inductance 1000 V 1700 V 500 V 0.5
5000 Hz 5 Ω
1 mH
FF300R17ME4 Igbt Parameters VCEsat,25°C Eon+Eoff,125°C RG,on RG,off RthJC RthCH
1.95 V 190.50 mWs 3.300 4.700 Ω Ω
0.083 K/W 0.029 K/W Diode Parameters VF,25°C Erec,125°C RthJC RthCH
1.80 V 78.50 mWs 0.130 K/W 0.046 K/W Application Data RG,on RG,off
3.300 Ω 4.700 Ω
Thermal Conditions Fixed Heat Sink Heat sink Temperature 50 °C Junction Temperatures IGBT FWD 106.0 °C 86.4 °C Switching Losses
IGBT 420.455 W Free Wheeling Diode Conduction Lossses IGBT 144.445 W 76.943 W Free Wheeling Diode 61.261 W Average Losses IGBT Free Wheeling Diode 497.398 205.705 W W 3. Psim中IGBT热模型
根据英飞凌FF300R17ME3器件手册，建立热模型如图7所示，其中每个曲线只取了4~5个关键点。
图 7 英飞凌FF300R17ME3在Psim中热模型
将所建立的device 