IGBT功率损耗计算对比---手算、Psim热模型、IPOSIM计算蔡华目的：对Psim中IGBT热模型功率计算方法进行验证，以便后期使用参考。
方法：(1)根据器件手册计算；(2)根据英飞凌官方提供的计算工具核对.条件：经典的Buck电路；输入电压：1000V；输出电压：500V；输出电感：1mH；负载电阻：5Ω；开关频率：5kHz占空比：0.5；IGBT：英飞凌FF300R17ME4。
Psim仿真电路见图1。
图 1 Psim仿真模型英飞凌网站主页IPOSIM工具入口方法见图2。
英飞凌官方功率计算网站/iposim/HighPower/All/TopologySelection.aspx图 2 英飞凌网站主页IPOSIM工具入口1.手工计算IGBT损耗(1)计算IGBT导通损耗。
手册中给定的器件FF300R17ME3的IGBT导通电流与压降关系如图3所示。
图 3 IGBT导通电流与压降IGBT导通时，从上述条件，可知，负载电压500V，负载平均电流100A，对应器件压降1.4V，占空比为0.5，平均导通损耗Pcond=100A*1.4V*0.5=70W。
(2)计算IGBT开关损耗。
手册中给定的IGBT开通和关断损耗与电流关系如图4所示。
图 4 IGBT开通和关断损耗与电流关系IGBT导通平均电流为100A，开通关断，每次开关动作对应的开通和关断损耗Eon+Eoff=75mJ，实际Uce承受电压为1000V，图中测试条件为900V，所以还要乘以1000/900，开关频率为5kHz。
所以对应的开关损耗为Psw=75m*5k*1000/900=416.6W。
(3)计算IGBT反并联二极管导通损耗。
手册中给定的IGBT反并联二极管压降与电流关系如图5所示。
图 5 IGBT反并联二极管压降与电流关系IGBT关断时，电流从续流二极管流过，IGBT反并联二极管导通电流基本为0，损耗为0，可能此处不严谨，求拍。
(4)计算IGBT反并联二极管反向恢复损耗。
手册中给定的IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系如图6所示。
图 6 IGBT反并联二极管反向恢复损耗与电流关系由于IGBT反并联二极管无电流，所以认为此处反向恢复损耗也为零。
2.IPOSIM工具（英飞凌官方网站IGBT损耗计算）选择DC/DC-Buck电路拓扑，输入如下参数，选择本文的器件，计算。
DC/DC - Buck > Simulation ResultsHello: Hua Cai | Logout | Feedback | Help/Support Input RequirementsInput Voltage 1000 VBlocking Voltage 1700 VOutput Voltage 500 VDuty Cycle 0.5Switching5000 HzFrequencyLoad Resistance 5 ΩLoad Inductance 1 mHFF300R17ME4Igbt ParametersV CEsat,25°C 1.95 V E on+E off,125°C190.50 mWs R G,on 3.300 ΩR G,off 4.700 ΩR thJC0.083 K/W R thCH0.029 K/WDiode ParametersV F,25°C 1.80 V E rec,125°C78.50 mWs R thJC0.130 K/W R thCH0.046 K/WApplication DataR G,on 3.300 ΩR G,off 4.700 ΩThermal ConditionsFixed Heat SinkHeat sink50 °C TemperatureJunction TemperaturesIGBT 106.0 °CFWD 86.4 °CSwitching LossesIGBT 420.455 WFree Wheeling Diode 144.445 WConduction LosssesIGBT 76.943 WFree Wheeling Diode 61.261 WAverage LossesIGBT 497.398 WFree Wheeling Diode 205.705 W3.Psim中IGBT热模型根据英飞凌FF300R17ME3器件手册，建立热模型如图7所示，其中每个曲线只取了4~5个关键点。
图7 英飞凌FF300R17ME3在Psim中热模型将所建立的device文件放入C:\Program Files\Powersim\PSIM9.0.3_Trial\Device 文件夹内。
重启Psim，选择刚才的器件模型，如图8所示。
图8 加载所选的器件热模型仿真结果如图9和图10(放大波形)所示。
图9 Psim仿真结果图10 Psim仿真结果放大波形4.总结对比采用上述三种方法的计算结果如表1所示，可以看出，对于IGBT导通损耗和IGBT开关损耗的计算结果，三种方法还是比较接近的，其中有曲线选择时取样点误差的影响。
然而，对于反并联二极管的损耗问题，IPOSIM给的值，不知道是另外续流二极管的损耗值还是内部反并联二极管的损耗值。
表1 不同方法计算结果对比(RL=5Ω)为了更具有说服力，对负载电阻为2.5欧姆和2欧姆时，进行了仿真计算，结果见表2和表3。
从表2可以看出，Psim与IPOSIM的结果同样比较接近。
但是在表3中，Psim和IPOSIM 的结果差距拉大了点，可能原因之一是在表3中，负载电流为250A，而器件热模型曲线采样时该点没有采样，Psim计算中进行了插值，造成了误差。
表2 不同方法计算结果对比(RL=2.5Ω)表3 不同方法计算结果对比(RL=2Ω)以上只是计算和仿真的结果，没有实验数据，结果可靠性不得而知，但英飞凌官方网站提供的数据应该是可信的。
仅供参考！QQ：511491361附：A．负载电阻为2.5欧姆(1)IPOSIM计算结果Input RequirementsInput Voltage 1000 VBlocking Voltage 1700 VOutput Voltage 500 VDuty Cycle 0.5Switching5000 Hz FrequencyLoad Resistance 2.5 ΩLoad Inductance 1 mHFF300R17ME3Igbt ParametersV CEsat,25°C 2.00 VE on+E off,125°C188.90 mWsR G,on 4.700 ΩR G,off 4.700 ΩR thJC0.075 K/WR thCH0.028 K/W Diode ParametersV F,25°C 1.80 VE rec,125°C71.70 mWsR thJC0.130 K/WR thCH0.049 K/WApplication DataR G,on 4.700 ΩR G,off 4.700 ΩThermal ConditionsFixed Heat SinkHeat sink20 °CTemperatureJunction TemperaturesIGBT 114.3 °CFWD 92.5 °CSwitching LossesIGBT 715.266 W Free Wheeling Diode 249.378 W Conduction LosssesIGBT 199.296 W Free Wheeling Diode 155.456 W Average LossesIGBT 914.563 W Free Wheeling Diode 404.834 W(2)Psim计算结果B．负载电阻为2欧姆(1)IPOSIM计算结果DC/DC - Buck > Simulation ResultsHello: Hua Cai | Logout | Feedback | Help/Support Input RequirementsInput Voltage 1000 VBlocking Voltage 1700 VOutput Voltage 500 VDuty Cycle 0.5Switching5000 HzFrequencyLoad Resistance 2 ΩLoad Inductance 1 mHFF300R17ME3Igbt ParametersV CEsat,25°C 2.00 VE on+E off,125°C188.90 mWsR G,on 4.700 ΩR G,off 4.700 ΩR thJC0.075 K/WR thCH0.028 K/WDiode ParametersV F,25°C 1.80 VE rec,125°C71.70 mWsR thJC0.130 K/WR thCH0.049 K/WApplication DataR G,on 4.700 ΩR G,off 4.700 ΩThermal ConditionsFixed Heat SinkHeat sink20 °CTemperatureJunction TemperaturesIGBT 155.8 °CFWD 115.0 °CSwitching LossesIGBT 1016.779 WFree Wheeling316.099 WDiodeConduction LosssesIGBT 299.556 W Free Wheeling Diode 214.081 W Average LossesIGBT 1316.335 WFree Wheeling Diode 530.180 W(2)Psim仿真结果。