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针对DC-DC变换器,功率开关元件损耗及续流二极管损耗如何计算?

2015-09-15 [责任编辑:sherry]
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【导读】工程师需要在系统设计过程中,精确的计算出不同的数值,并采取相应措施减少无功损耗。这里将会通过双向型DC-DC变换器的功率开关元件损耗计算及对续流二极管的损耗产生原因分析,为工程师详细介绍其损耗数值的计算方式。
 
DC-DC变换器功率开关元件损耗值计算
 
在双向型的DC-DC变换器运行工作过程中,功率开关元件IGBT是变换器内部的主要损耗源之一,而功率开关元件的损耗基本上可以按照其运行状态分为两个部分:导通损耗和开关损耗。导通损耗是指当开关元件已经开通后,并且驱动和开关波形已经稳定以后,功率开关元件处于导通状态时的损耗。这里将会针对双向DC-DC转换器的功率开关元件IGBT的损耗计算,进行简要分析介绍。
 
在DC-DC转换器正常运行的过程中,功率元件的开关损耗是出现在IGBT从一个工作状态进入另一个新的工作状态,驱动和开关波形处于过渡过程中的损耗。在开关工作的过程中,元件的电压、电流波形如下图所示:
IGBT的电压、电流波形图IGBT的电压、电流波形图
IGBT的电压、电流波形图
 
在了解了功率开关元件的电压、电流波形图后,下面我们分别了解一下如何计算其导通损耗和开关损耗。在功率元件正常工作状态下,功率开关元件的导通损耗可以通过IGBT两端电压和电流波形的乘积得出。电压、电流波形都是近似线性,其在导通期间的功率损耗可以由下式给出:
导通损耗过高很容易造成转换器的有效功率降低,对整体系统的运行稳定也会有一定的影响。想要降低导通损耗,最典型方法是使IGBT导通期间的电压降最小。要达到这个目的,必须使功率开关工作在饱和状态。因此,可以通过对IGBT基极的过电流驱动,从而确保功率器件工作在饱和状态。
 
在了解了导通损耗的计算方法后,接下来我们再来看一下开关损耗的计算方式。IGBT的开关损耗计算过程,相比较导通损耗来说就比较复杂了。这一部分的损耗既有功率器件本身的因素,也有相关元器件的影响。功率开关元件的开关损耗的计算,一方面可以通过示波器观察得到开关过程中的电压、电流波形,然后粗略的计算出两条曲线所包围的面积,从而求得IGBT的开关损耗。另一方面,如果功率开关元件的使用手册中给出了开关损耗的曲线,那么也可以直接从开关损耗的曲线上读出开通损耗和关断损耗的数值,然后根据下式计算得出功率开关元件的开关损耗值,式中fsw为变换器的开关频率:
IGBT的电压、电流波形图
以上就是针对双向型DC-DC变换器的功率开关元件损耗计算所进行的简要分析和介绍,希望能够对工程师的新产品研发和设计工作有所帮助。
关键字:DC-DC变换器 功率开关元件 损耗 续流二极管 
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