【电子干货】经由进程IGBT热计较优化电源设想-KIA MOS管

大大都半导体组件结温的计较进程良多人都晓得。凡是环境下，外壳或接脚温度已知。量测裸片的功率耗散，并乘以裸片至封装的热阻(用theta或θ表现)，以计较外壳至结点的温升。

这类体例合用于一切单裸片封装，包含双极结晶体管(BJT)、MOSFET、二极管及晶闸管。但对多裸片绝缘栅双极晶体管(IGBT)而言，这类体例被证明缺乏以胜任。

某些IGBT是单裸片组件，要末连系单片二极管作，要末不连系二极管；但是，大大都IGBT连系了连系封装的二极管。大大都制作商供给单个θ值，用于计较结点至外壳热阻抗。这是一种简化的裸片温度计较体例，会致使触及到的两个结点温度阐发不准确。

对多裸片组件而言，θ值凡是差别，两个裸片的功率耗散也差别，各自请求零丁计较。另外，每一个裸片彼此供给热能，故必须顾及到这类交互影响。

本文将讲授两个组件的功率耗散，利用IGBT及二极管的θ值计较均匀结温及峰值结温。

功率计较

电压与电流波形必须相乘而后作积分运算以量测功率。固然电压和电流简略相乘便能够或许给出刹时功率，但没法利用这类体例简略地推导出均匀功率，故利用了积分来将它转换为能量。而后，利用差别消耗的能量之和以计较波形的均匀功率。

在起头计较之前界说导通、导电及封闭消耗的边境很主要，由于若是波形的某些地区漏掉了或是某些地区被反复了，它们能够或许会给量测成果带来偏差。本文的阐发中将利用10%这个点；但是，由于这是一种罕见体例，也能够或许利用其余点，如5%或20%，只需它们合用于消耗的全数成份。

普通环境下截取的是正在构成的正弦波的峰值波形。这便是峰值功率耗散。均匀功率是峰值的50%(均匀电压是峰值电压除以√2，均匀电流是峰值电流除以√2)。

普通而言，在电压波形的峰值，IGBT将导电，而二极管不导电。为了量测二极管消耗，请求像机电如许的无功负载，且须要捕获电流处于无功状况(如被奉送回电源)时的波形。

导通时，该当量测起于IC电平10%终究10% VCE点的消耗。这些电平品级相称规范，固然如许说也有些客观性。若是须要的话，也能够或许利用其余点。

不管挑选何种电平来量测差别距离，主要的是坚持分歧，使从差别 组件取得的数据能够或许按照不异的前提来比拟。功率按照示波器波形来计较。

由于它并非恒定稳定，且请求均匀功率，就必须计较电源波形的积分，如波形迹线的底部 所示，本中为674.3 μW(或焦耳)。

与之近似，封闭消耗的量测以下图所示。

导电消耗的量测体例近似。它们该当起于导通消耗出发点，终究封闭消耗出发点。这能够或许难于量测，由于导电消耗的时候刻度弘远于开关消耗。

必须取得在开关周期的局部时段(此时电流为无功形式使二极管导电)时的二极管导通消耗材料。凡是量测峰值、负及反向导电电流10%点的材料。

二极管导电消耗是计较IGBT封装总消耗所请求的一个消耗成份。当计较出一切消耗以后，它们须要利用于以任务形式时长为根本的整体波形。当增添并顾及到这些能量以后，它们能够或许一路相加，并乘以开关频次，以取得二极管及IGBT功率消耗。

裸片温度计较

为了计较封装中 两个裸片的温度，主要的是计较两个裸片之间的本身发烧致使的热彼此影响。这请求3个常数：IGBT的θ值、IGBT的θ值，和裸片交互影响ψ(Psi)。某些制作商会发布封装的单个θ值，此中裸片温度仅为估量值，现实上能够或许差别极大。

稳态θ值如图7及图8中的图表所示。IGBT的θ值为0.470 °C/W，二极管为1.06 °C/W。计较中还请求另外一项热系数，即两个裸片之间的热交互影响常数ψ。测试显现对TO-247、TO-220及近似封装而言，此常数约为0.15 °C/W，上面的示例中将利用此常数。

IGBT裸片温度

IGBT的裸片温度能够或许按照下述等式来计较：

假设以下前提：

TC= 82°C

RΘJC-IGBT= 0.470 °C/W

PD-IGBT= 65 W

PD-DIODE= 35 W

Psi交互影响= 0.15°C/W

峰值裸片温度

上述阐发入彀较的温度针对的是均匀裸片温度。此温度在开关周期内不时变更，而峰值裸片温度能够或许利用图7和图8中的热刹时曲线来计较。

为了计较，有须要从曲线 中读取刹时信息。若是交换电频次为60 Hz，半个周期便是时长便是8.3 ms。是以，利用8.3 ms时长内的50%占空比曲线，便能够或许计较Psi值：

IGBT 0.36 °C/W

二极管 0.70 °C/W

论断

评价多裸片封装内的半导体裸片温度，在单裸片组件合用手艺根本上，请求更多的阐发手艺。有须要取得两个裸片供给的直流及刹时热信息，以计较裸片温度。另有须要量测两个组件的功率耗散，阐发完全半正弦波规模抽的消耗。此阐发将加强用户决定信念，即体系中的半导体组件将以宁静靠得住的温度任务，供给的体系机能。

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