DC-DC變換器的功率開關元件損耗及續流二極管損耗如何計算?
工程師需要在系統設計過程中,精確的計算出不同的數值,并采取相應措施減少無功損耗。這里將會通過雙向型DC-DC變換器的功率開關元件損耗計算及對續流二極管的損耗產生原因分析,為工程師詳細介紹其損耗數值的計算方式。
DC-DC變換器功率開關元件損耗值計算
在雙向型的DC-DC變換器運行工作過程中,功率開關元件IGBT是變換器內部的主要損耗源之一,而功率開關元件的損耗基本上可以按照其運行狀態分為兩個部分:導通損耗和開關損耗。導通損耗是指當開關元件已經開通后,并且驅動和開關波形已經穩定以后,功率開關元件處于導通狀態時的損耗。這里將會針對雙向DC-DC轉換器的功率開關元件IGBT的損耗計算,進行簡要分析介紹。
在DC-DC轉換器正常運行的過程中,功率元件的開關損耗是出現在IGBT從一個工作狀態進入另一個新的工作狀態,驅動和開關波形處于過渡過程中的損耗。在開關工作的過程中,元件的電壓、電流波形如下圖所示:
IGBT的電壓、電流波形圖
在了解了功率開關元件的電壓、電流波形圖后,下面我們分別了解一下如何計算其導通損耗和開關損耗。在功率元件正常工作狀態下,功率開關元件的導通損耗可以通過IGBT兩端電壓和電流波形的乘積得出。電壓、電流波形都是近似線性,其在導通期間的功率損耗可以由下式給出:
導通損耗過高很容易造成轉換器的有效功率降低,對整體系統的運行穩定也會有一定的影響。想要降低導通損耗,最典型方法是使IGBT導通期間的電壓降最小。要達到這個目的,必須使功率開關工作在飽和狀態。因此,可以通過對IGBT基極的過電流驅動,從而確保功率器件工作在飽和狀態。
在了解了導通損耗的計算方法后,接下來我們再來看一下開關損耗的計算方式。IGBT的開關損耗計算過程,相比較導通損耗來說就比較復雜了。這一部分的損耗既有功率器件本身的因素,也有相關元器件的影響。功率開關元件的開關損耗的計算,一方面可以通過示波器觀察得到開關過程中的電壓、電流波形,然后粗略的計算出兩條曲線所包圍的面積,從而求得IGBT的開關損耗。另一方面,如果功率開關元件的使用手冊中給出了開關損耗的曲線,那么也可以直接從開關損耗的曲線上讀出開通損耗和關斷損耗的數值,然后根據下式計算得出功率開關元件的開關損耗值,式中fsw為變換器的開關頻率:
以上就是針對雙向型DC-DC變換器的功率開關元件損耗計算所進行的簡要分析和介紹,希望能夠對工程師的新產品研發和設計工作有所幫助。
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( 發表人:wuzhan )