IPM动态参数测试及损耗计算

张凤 王会刚 张海清 姜阳

摘要：IPM（智能功率模块）近年来广泛应用于电力电子系统中，其动态参数决定了IPM的正常工作。IPM动态参数测试主要包括上下管IGBT的ton、tc（on）、toff、tc（off）、trr、Eon、Eoff及并联FRD的Erec测试，损耗计算包括动态损耗和通态损耗。本文重点讲述IPM动态参数测试及损耗计算方法。

关键词：智能功率模块;动态参数;损耗

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）15-0233-03

智能功率模块（Intelligent Power Module）內部的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和FRD（Fast Recovery Diode）作为IPM的功率元件其动态参数直接标志着IPM性能的好坏。损耗计算主要用于IPM应用方案设计过程中[1-2]。

IPM动态参数测试主要包括上下管IGBT的开通延迟时间ton、开通时间tc（on）、关断延时时间toff、关断时间tc（off）、反向恢复时间trr、开通损耗Eon、关断损耗Eoff及并联FRD的Erec测试，损耗计算包括动态损耗和通态损耗计算。

1 测试电路

本文采用动态参数测试台进行测试，测试电路如图1、2、3所示，选取IPM中U相上下管IGBT和上管并联的FRD作为被测管，设备如图4所示，开关时间定义如图5所示。

图1中DC-Link提供IPM额定电压，电压探头检测IGBT的VCE电压，电流探头检测集电极电流。图2中DC-Link提供IPM额定电压，电压探头检测IGBT的VCE电压，电流探头检测集电极电流。图3中探头连接如下：（1）电流探头必须夹在上管IGBT的集电极;（2）电压探头夹在上管的集电极-发射极之间;（3）将测量到电压和电流值乘积作为FRD的瞬时功率[3-4]。输入电压：310VDC。输出电流：20A。输出电感：1mH。开关频率：15kHz。占空比：0.36。

本文选择A公司IPM样品一只，进行测试。IPM焊接在测试板（电路板上提供IPM的供电电压以及使IGBT开通的驱动信号）。

2 测试结果

3 损耗计算

3.1 动态损耗

1）IGBT开关损耗：

[PIGBT=fsw*（Eon+Eoff）*IcInom]

其中，fsw为 IGBT 开关频率，Eon为开通损耗，Eoff为关断损耗，Ic为实际工作电流 Inom为额定电流。

2）续流二极管开关损耗：

[Pdiode=fsw*Erec*IrrInom]

其中，fw为IGBT 开关频率，Erec为续流损耗，Irr为实际工作电流， Inom为额定电流。

3.2 导通损耗

1）IGBT 导通损耗：

[PIGBT=Vcesat*Ic*D]

其中，Vcesat为饱和压降，Ic为集电极电流，D为平均占空比。

2）续流二极管导通损耗：

[Pdiode=VF*Irr*（1-D）]

其中，VF为导通压降，Irr为实际工作电流，D为平均占空比。

4 结论

本文介绍的测试方法和损耗计算公式能够快速、准确地测量出IPM的动态参数及损耗，为评价IPM性能提供可靠的依据，同时能够验证IPM系统级应用方案的可实施性。

参考文献：

[1] 徐晓峰，连级三，李风秀.IGBT 逆变器吸收电路的研究[J].电力电子技术，1998，32（3）：43-47.

[2] 李树良.智能功率模块IPM原理及应用[J].半导体行业，2000（2）：28-29.

[3] 李广海，叶勇，蒋静坪.IPM驱动和保护电路的研究[J].电子技术应用，2003，29（12）：43-45，49.

[4] 王晓明，杨秀艳，董玉林.智能功率模块IPM故障信号的处理方法[J].辽宁工学院学报，2005，25（2）：95-96.

【通联编辑：王力】