功率器件IGBT的選型探究

王犖犖 羅文廣

摘 要 針對大功率變頻器中功率器件IGBT選型，富士公司設計了IGBT仿真軟件Fuji IGBT simulator，大大縮短了對于富士IGTB損耗和溫升的計算時間，提高設計的速度，更加適應于在工程應用之中。

【關鍵詞】IGBT 損耗和溫升 Fuji IGBT simulator

電壓控制性元器件IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor）作為第三代功率器件，是單元串聯高壓變頻器的功率單元逆變電路中非常關鍵的功率器件，IGTB的正確選取會直接影響到功率單元能否正常工作。

由于設備和器件長期處于一個大功率的工作狀態，因此在選型過程中不僅僅需要考慮耐壓，電流上限，最大工作頻率以及安全工作區域（SOA）這些基本參數，還需要著重考慮功率器件IGTB的損耗和溫升的因素。本文主要講述對于富士IGBT進行快速設計和選型分析，對于損耗和溫升計算仿真提供指導意義。

1 IGBT損耗和溫升的基本原理

IGBT模塊一般包括IGBT和二極管FWD組成。由于IGBT模塊在逆變電路中會不斷導通和關斷，因此其損耗可以認為由IGBT和FWD損耗之和組成，而IGBT和FWD各自的損耗又由導通損耗和關斷損耗組成，即

2 基于IGBT simulator仿真工具的損耗和溫升分析

上面講述了IGTB模塊損耗和溫升的計算方法，雖然根據上面公式可以計算出具體的損耗和溫升，但是在實際的工程應用之后，對于工程設計需要追求更加便捷和快速的方法。根據工程的需要，有些功率器件IGBT廠商依據自己的產品特性設計出了針對自己產品的仿真計算軟件，可以大大縮減工程設計的時間和工作量。下面主要運用富士的IGBT仿真工具Fuji IGBT simulator對于富士IGBT進行損耗和溫升的仿真分析。

對于10kV高壓變頻器，設計的功率單元樣機的額定直流母線電壓為1000V，額定最大輸出電流為850A的產品。查詢富士IGBT產品手冊，根據耐壓和電流上限等基本參數選擇型號為1MBI1600U4C-170的IGBT模塊，其耐壓為1700V，額定電流為1600A。

打開仿真軟件Fuji IGBT simulator，輸入相關參數，并且需要考慮一定的裕量。具體輸入的參數如下

（a）直流母線電壓VDC=1100V

（b）有效輸出電流值Iout=1050A

（c）IGBT開關頻率f=700Hz

（d）功率因數

（e）散熱器溫度Th=90℃

選擇選定的富士IGBT的型號之后，設置好相關參數，點擊仿真計算按鈕，軟件即顯示出仿真的損耗和溫升的曲線，圖1為IGBT和FWD的損耗曲線，圖2為溫升結果曲線。

由此，經過仿真分析，由上圖可知所選型號富士IGBT在運行工作時的最大結溫接近112℃，查詢參數手冊可知允許的IGTB最大結溫為150℃，因此根據仿真結果可以認為可以選用。

3 結論

采用Fuji IGBT simulator對富士IGBT進行仿真計算，可以減免復雜繁瑣的計算，更加快速直觀的得到IGTB的損耗和溫升結果，排除不符合條件的功率器件，對于工程應用有著很大的指導意義。下一步就是進行實際的溫升實驗再次驗證，即可最終確定功率器件選用。

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作者單位

桂林電子科技大學 廣西壯族自治區桂林市 541004