KW储能逆变器损耗计算及热仿真

1、第一章 IGBT FF450R12ME4功率损耗计算一个 IGBT 模块包括一个 IGBT 和一个并联二极管， IGBT 的损耗包括通态损耗和开关损耗，二极管的损耗包括通态损耗和关断损耗，本文分别对这四种损耗给出了计算公式并作了推导，然后再根据实际的实验所得的电流、电压相关参数以及IGBTFF450R12ME4技术参数计算出了该型号IGBT的功率损耗。1IGBT本身损耗计算 1.1单个IGBT通态损耗 因为单个 IGBT 模块只负责正半周波（或负半周波）电流流过，所以单个 IGBT 的通态损耗为： （1） 式中：端电压， 电流， 占空比。 与是非线性关系， 这正是 IGBT 损耗难以精确计算的

2、根源之一。 与的典型曲线如图1所示，将与之间的关系用直线近似，则： （2）式中： 门槛电压； IGBT 通态等效电阻，可通过厂家提供的与的曲线获得。图1 与的典型曲线图占空比如下式所示： （3）式中： M调制比； 电压电流相位差。设电流的时域表达式为： （4） 式中： 电流峰值；则电压的时域表达式为： （5） 式中： 电压峰值；将（2）、（3）、（4）、（5）式依次代入（1）式，可得单个IGBT的通态损耗公式为：（6）根据FF450R12ME4数据手册以及实验平台所需的数据如下：M=0.866 故，单个IGBT的通态损耗为： 1.2.单个IGBT开关损耗 设开关频率为，则半个周期内单个IGBT

3、模块要开通关断各次，故单个IGBT模块的开关损耗为： 式中： IGBT开通一次损失的能量； IGBT管段一次损失的能量。和随电流的变化规律是非线性的，很难用解析表达式准确定量描述。厂家一般提供额定电流电压或少数几种模态下的和曲线。经验表明，将和按线性化折算可以满足工程计算的需求，即： 式中： 额定电流ICN和额定电压VCEN时IGBT开通一次损失的能量； 额定电流 ICN 和额定电压 VCEN时 IGBT 关断一次损失的能量； 直流母线电压； 额定工作电流； 额定工作电压。 根据FF450R12ME4数据手册以及实验平台所需的数据如下： 故2.并联二极管损耗计算 2.1.单个二极管通态损耗 同

4、IGBT的通态损耗计算公式推导方法一致，可得出二极管的通态损耗计算公式如下：式中： 二极管门槛电压； 二极管通态等效电阻，可通过厂家提供的与的曲线获得。 根据FF450R12ME4数据手册以及实验平台所需的数据如下： 其余的数据由上节已经知道，故 2.2.单个二极管关断损耗 二极管的开通损耗可以忽略不计，仅计算其关断损耗。与IGBT的开关损耗计算公式推导方法一样，可得出二极管的关断损耗计算公式为： 式中： 在额定电流和额定电压下二极管关断一次损失的能量。因为在手册中不能查到的具体值，所以我们可以近似为根据FF450R12ME4数据手册所得：其余的数据由上节已经知道，故3.一个IGBT模块的总损

5、耗 根据以上原理及计算所得的结果可知，一个单独的IGBTFF450R12ME4模块的总损耗为：第二章 功率模块热仿真1.IGBT模块每个功率311W散热器290*200*82西竹型风扇为80*80*38，每个风量为102CFM。仿真结果如下：2IGBT模块每个功率622W散热器290*200*82西竹型风扇为80*80*38，每个风量为189CFM。仿真结果如下：3 IGBT模块每个功率622W散热器290*200*82插片型风扇为80*80*38，每个风量为102CFM。仿真结果如下：4IGBT模块每个功率622W散热器290*200*82插片型（插片更加密集）风扇为80*80*38，每个风量为102CFM。仿真结果如下：5IGBT模块每个功率622W散热器2