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如何计算IGBT的损耗和结温呢？

（IGBT）作为（电力电子）领域的核心元件之一，其结温Tj高低，不仅影响IGBT选型与设计，还会影响IGBT可靠性和寿命。因此，如何计算IGBT的结温Tj，已成为大家普遍关注的焦点。由最基本的计算公式Tj=Ta+Rth(j-a)*Ploss可知，损耗Ploss和热阻Rth(j-a)是Tj计算的关键。

1.IGBT损耗Ploss计算基础知识

图1IGBT导通损耗和开关损耗示意图

如上图1所示，IGBT的损耗Ploss主要分为导通损耗Pcond和开关损耗Psw两部分。

1.1IGBT导通损耗Pcond

IGBT的导通损耗Pcond主要与（电流）Ic、饱和压降Vce和导通时间占空比D有关，如公式1所示：

其中，电流Ic(t)和占空比D(t)都是随时间变化的函数，而IGBT饱和压降Vce(Ic,Tj)，不仅与电流Ic大小，还与IGBT此时结温Tj相关，如下图2所示：

图2不同温度IGBT饱和压降示意图

为简化计算，先将饱和压降Vce(Ic,Tj)近似为Ic的线性函数Vce(Ic)如公式2所示：

其中，rT为近似曲线的斜率，即?Vce/?Ic，VT0为该曲线与X轴的交点电压值。

图3IGBT饱和压降随不同结温Tj的变化

考虑到Vce与Tj近似线性的关系，如上图3所示，将Tj的影响因子加入公式（2），得到Vce(Ic,Tj)饱和压降的线性函数，如公式（3）、（4）、（5）所示：

其中，TCV和TCr分别为VT0和rT的温度影响因子，可根据25°C和125°C（或150°C）两点温度计算而得。

基于上述思路，我们可以将IGBT的导通损耗Pcond计算出来。

1.2IGBT开关损耗Psw

IGBT的开关损耗Psw主要与母线电压Vcc、电流Ic、开关频率fsw、结温Tj、门级电阻Rg和回路电感Lce有关，如公式6所示：

其中，Esw_ref为已知参考电压电流、门级电阻、温度Tj和回路电感下的损耗值，Ki为电流折算系数，Kv为电压折算系数，K(Tj)为温度折算系数，K(Rg)和K(Ls)分别为门级电阻和回路电感的折算系数。

通常而言，折算系数Ki、K(Tj)和K(Rg)，可由Datasheet相关曲线直接估算出来，以1200V/600A的半桥模块SEMiX603GB12E4p为例进行分析，如下：

图4IGBT开关损耗Esw随电流Ic的变化

图5IGBT开关损耗Esw随结温Tj的变化

由图4所示，该IGBT模块额定电流为600A，取Ki=1.0，在800A（565（Arm）s）电流以下，两者匹配度很好；在800A以上，不常用，属于过流等极端工况。

由图5所示，IGBT的开关Esw与结温Tj之间关系，可用线性函数去拟合，如下公式：

一般IGBT的TCsw约为0.003，以图5的损耗数据为例，也可由两点温度去算TCsw，即：

关于门级电阻Rg的折算系数K(Rg)，是工程师很关心，也很容易忽略的因素。在Datasheet中都会有一组供参考的Rg_ref(Rgon/Rgoff)及其损耗数据Esw，而实际使用的门级阻值Rg_Spec，未必相同，此时如何折算呢？其实，思路也很简单。以图6曲线为例，假定其Datasheet中参考的门级电阻为Rgon/Rgoff=1.5Ω，而实际使用的（电阻）为Rgon=4Ω和Rgoff=6Ω，则折算系数K(Rg)为：

由此可见，单纯用Datasheet中参考的门级电阻去计算损耗，很可能与实际出入很大。

图6不同门级电阻对开关损耗的影响

此外，IGBT的母线电压Vcc折算系数Kv相对比较隐晦，无法直接从Datasheet中抓出来；同时，该值也会受到模块和母线杂散电感等其他因素的影响，很难估算，建议进行双脉冲损耗测试。关于IGBT的折算系数Kv，赛米控的取值约在1.31.4。图7是，赛米控17