IPM動態參數測試及損耗計算

張鳳 王會剛 張海清 姜陽

摘要：IPM（智能功率模塊）近年來廣泛應用于電力電子系統中，其動態參數決定了IPM的正常工作。IPM動態參數測試主要包括上下管IGBT的ton、tc（on）、toff、tc（off）、trr、Eon、Eoff及并聯FRD的Erec測試，損耗計算包括動態損耗和通態損耗。本文重點講述IPM動態參數測試及損耗計算方法。

關鍵詞：智能功率模塊;動態參數;損耗

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0233-03

智能功率模塊（Intelligent Power Module）內部的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和FRD（Fast Recovery Diode）作為IPM的功率元件其動態參數直接標志著IPM性能的好壞。損耗計算主要用于IPM應用方案設計過程中[1-2]。

IPM動態參數測試主要包括上下管IGBT的開通延遲時間ton、開通時間tc（on）、關斷延時時間toff、關斷時間tc（off）、反向恢復時間trr、開通損耗Eon、關斷損耗Eoff及并聯FRD的Erec測試，損耗計算包括動態損耗和通態損耗計算。

1 測試電路

本文采用動態參數測試臺進行測試，測試電路如圖1、2、3所示，選取IPM中U相上下管IGBT和上管并聯的FRD作為被測管，設備如圖4所示，開關時間定義如圖5所示。

圖1中DC-Link提供IPM額定電壓，電壓探頭檢測IGBT的VCE電壓，電流探頭檢測集電極電流。圖2中DC-Link提供IPM額定電壓，電壓探頭檢測IGBT的VCE電壓，電流探頭檢測集電極電流。圖3中探頭連接如下：（1）電流探頭必須夾在上管IGBT的集電極;（2）電壓探頭夾在上管的集電極-發射極之間;（3）將測量到電壓和電流值乘積作為FRD的瞬時功率[3-4]。輸入電壓：310VDC。輸出電流：20A。輸出電感：1mH。開關頻率：15kHz。占空比：0.36。

本文選擇A公司IPM樣品一只，進行測試。IPM焊接在測試板（電路板上提供IPM的供電電壓以及使IGBT開通的驅動信號）。

2 測試結果

3 損耗計算

3.1 動態損耗

1）IGBT開關損耗：

[PIGBT=fsw*（Eon+Eoff）*IcInom]

其中，fsw為 IGBT 開關頻率，Eon為開通損耗，Eoff為關斷損耗，Ic為實際工作電流 Inom為額定電流。

2）續流二極管開關損耗：

[Pdiode=fsw*Erec*IrrInom]

其中，fw為IGBT 開關頻率，Erec為續流損耗，Irr為實際工作電流， Inom為額定電流。

3.2 導通損耗

1）IGBT 導通損耗：

[PIGBT=Vcesat*Ic*D]

其中，Vcesat為飽和壓降，Ic為集電極電流，D為平均占空比。

2）續流二極管導通損耗：

[Pdiode=VF*Irr*（1-D）]

其中，VF為導通壓降，Irr為實際工作電流，D為平均占空比。

4 結論

本文介紹的測試方法和損耗計算公式能夠快速、準確地測量出IPM的動態參數及損耗，為評價IPM性能提供可靠的依據，同時能夠驗證IPM系統級應用方案的可實施性。

參考文獻：

[1] 徐曉峰，連級三，李風秀.IGBT 逆變器吸收電路的研究[J].電力電子技術，1998，32（3）：43-47.

[2] 李樹良.智能功率模塊IPM原理及應用[J].半導體行業，2000（2）：28-29.

[3] 李廣海，葉勇，蔣靜坪.IPM驅動和保護電路的研究[J].電子技術應用，2003，29（12）：43-45，49.

[4] 王曉明，楊秀艷，董玉林.智能功率模塊IPM故障信號的處理方法[J].遼寧工學院學報，2005，25（2）：95-96.

【通聯編輯：王力】