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IGBT的开关频率上限有多高?
阅读: 630 |  回复: 4 楼层直达

2019/09/27 14:01:48
1
szzsf2005
电源币:3004 | 积分:20 主题帖:56 | 回复帖:0
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首先,开关频率是指IGBT在一秒钟内开关次数。而在确定的母线电压和导通电流下,IGBT每次开关都会产生一定的损耗,开通损耗是Eon,关断损耗是Eoff,还有二极管反向恢复也有损耗Erec。

 
IGBT的开关频率越高,开关次数就越多,损耗功率就也高,那乘以散热器的热阻后,IGBT的温升也越高,如果温度高到超出了IGBT的上限,那IGBT就失效了。具体你们可以看我之前发的关于IGBT热设计的文章。
 
但是损耗是和电压电流成正比的,如下图所示。

所以假如用一个很大标称电流的IGBT工作在一个小的电流下,那这个大IGBT的开关损耗功率和导通损耗功率就都会减小,那么这个大IGBT就更有可能用在更高的开关频率。
 
很多新手有个误区,他们原话是这么说的,“小管子发热小,大管子发热大,你看那大IGBT模块发热功率都上千瓦,那分离IGBT芯片才几瓦。。。”
 
其实他刚好说反了,在同一个电压等级下同样技术的芯片,标称电流越大的说明导通电阻越小,因此才能通更大的电流啊。
 
总而言之,IGBT的开关频率最高到多少,取决于在此工况下IGBT的结温会不会超上限。只要你有钱,巴菲特都能陪你吃饭,所以只要不惜成本3300V也能工作在50kHz硬开关。。。你不信?有图有真相。

所以说别再问我IGBT最高的最高开关频率了,只要你有钱,随便超频。
 
虽然有钱可以为所欲为,但是违反物理极限的事情还是有钱也做不到的。那什么是物理极限呢?那就是IGBT的开关速度。
 
刚才说了开关频率是IGBT在一秒内开关的次数,而且IGBT每个开关周期里还有占空比,比如说1kHz开关频率,50%占空比,那控制型号发出的方波从开通到关断的时间就是0.5毫秒。如下图。

但是你以为你发了0.5毫秒的方波,IGBT就能同步开0.5毫秒?不能,IGBT很迟缓,一般同等技术水平下的IGBT芯片,标称电压越高的IGBT越迟缓。
 
这个迟缓时间就是开关延迟,定义方法如下图。

 
一般都是关断延迟比开通延迟长,所以一个半桥上下桥臂的IGBT在开关状态切换时,需要一个死区时间,就是上下两个IGBT同时处于关断状态。否则就会出现上下桥臂直通短路的情况。
 
死区时间主要取决于关断延迟比开通延迟长了多少(当然还要有冗余)。

一般常见的3300V IGBT的死区时间都在10us以上。
 
以上文中的例子,50kHz对应一个周期是20us,假设是半桥DCDC,占空比50%,那一次开通时间只有10us,再减去10us死区时间,这个IGBT就不用开通了,只能永远保持关断状态。
 
因此这就是IGBT的物理极限,关断延迟和死区时间导致的频率极限。但是这个极限比实际应用的开关频率高出很多,因此平时并没有意义去讨论这个问题,除非你真的要用3300V的IGBT工作在50kHz。(在大部分实际应用中3300V的IGBT开关频率都是1kHz左右,超过2kHz就非常少见了。)

标签 IGBT
2019/09/27 14:06:19
2
hylylx
电源币:120 | 积分:40 主题帖:2 | 回复帖:1874
LV9
军长
感谢科普
2019/09/29 20:53:58
3
wxgsnake
电源币:669 | 积分:20 主题帖:3 | 回复帖:54
LV4
连长
IGBT发展这么多年,技术还是比较成熟的,尤其是近10年更是广泛,同时不少高校的自动化专业都有国家的专项资金支持,还是有发展前途的
2019/09/29 21:37:45
4
wrtiger88
电源币:575 | 积分:18 主题帖:0 | 回复帖:66
LV4
连长
不错,讲解的很精辟,IGBT现在应用的还是很广泛的
2019/09/30 13:23:09
5
fox_gale
电源币:1 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵

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