损耗计算

单元损耗计算

单元内部损耗主要由单元内部的IGBT、整流桥、均压电阻、电解电容等产生，算出这些器件的损耗值便能算出单元的效率。

一、IGBT损耗计算

IGBT的损耗主要分为IGBT的通态损耗和开关损耗以及IGBT中续流二极管的通态损耗和开关损耗，

（1）IGBT的通态损耗估算

IGBT的通态损耗主要由IGBT在导通时的饱和电压Vce和IGBT的结热阻产生， IGBT通态损耗的计算公式为：

1IpIp2IpIp2Pt_igbt(VceRthjc)mcosφ(VceRthjc)2483

式中：

Pt-igbt----IGBT的通态损耗功率（W）

Vce----IGBT通态正向管压降（V）

Rthjc----IGBT结热阻（K/W）

Ip----IGBT通态时的电流（A）

m----正弦调制PWM输出占空比

cosφ----PWM输出功率因数

（2）IGBT开关损耗计算

IGBT的开关损耗主要是由于IGBT开通和关断过程中电流Ic与电压Vce有重叠，进而产生开通能耗Eon和关断能耗Eoff，IGBT的开关能耗大小与IGBT开通和关断时的电流Ic、电压Vce和芯片的结温有关， IGBT开关能好的计算公式为：

Pkigbt式中：

1*f*(EonEoff)

Pk-igbt----IGBT开关热损耗值（W）

f----IGBT开关频率（Hz）

Eon----IGBT单次接通脉冲的能量损耗（W）

Eoff----IGBT单次关断脉冲的能量损耗（W）

（3）续流二极管通态损耗计算

续流二极管在导通状态下存在正向导通压降Vf，其大小由通过的电流和芯片的结温有关。由于Vf和结热阻的存在，当有电流通过时会生成二极管在通态状态下的损耗。二极管在通态时的损耗计算公式为：

1IpIp2IpIp2Pt_diode(VfRthjk)mcosφ(VfRthjk)2483

式中：

Pt-diode----续流二极管开关热损耗（W）

Vf----续流二极管通态正向管压降（V）

Ip----IGBT通过续流二极管的运行电流（A）

m----正弦调制PWM输出占空比

cosφ----PWM输出功率因数

Rthjk----二极管结热阻（K/W）

（4）续流二极管开关损耗计算

续流二极管的开关损耗主要由续流二极管恢复关断状态产生，其大小与正向导通时的电流、电流的变化率di/dt、反向电压和芯片的结温有关。续流二极管开关能耗计算公式为：

Pkdiode式中：

1*f*Eoff

Pk-diode----续流二极管开关热损耗（W）

f----二极管关断频率（Hz）

Eoff----二极管单次关断脉冲的能量损耗（W）

因为一个功率单元中有四个IGBT搭成H桥形输出正弦调制PWM波，在同一时刻只有两个IGBT工作，所以每个功率单元的IGBT总损耗为：

Pz-igbt= Pd-igbt * 2

式中：

Pd-igbt----单个IGBT的总功耗

Pz-igbt----一个功率单元中IGBT的总功耗

二．整流桥损耗计算

功率单元的整流部分由整流二极管构成，其损耗主要由整流二极管的通态损耗、开关损耗以及反向损耗组成。通态损耗等于正向压降与正向电流的乘积，开关损耗率等二极管

上反向电压与反向恢复电流的乘积，反向损耗等于反向电压与反向漏电流的乘积。其属于三相正弦自然换流整流系统，其二极管的开通和关断均在自然换相点完成，故其热损耗较小，且由于在工频下运行，其开关损耗远远小于通态耗损，所以在计算中将其省略，而整流二极管的漏电流值也非常的小，所以在计算式一般也将其省略。整流二极管的损耗计算公式：

IrPz2**Vd*cosφ3

式中：

Pz----整流模块的损耗（W）

Ir----单元输出电流值（A）

Vd----整流二极管通态管压降（V）

cosφ----输出功率因数

三、电解电容损耗计算：

功率单元中电解电容的损耗主要是电解电容产生的纹波电流引起电解电容发热产生的，电解电容内部可等效成串联一个电阻，其发热可等效成电阻发热。根据电阻的损耗可得计算公式：

Pdn*I2*R

式中：

Pd----电解电容损耗（W）

I----纹波电流（A）

R---等效电阻（Ω）

n---电解电容个数

四、均压电阻损耗计算

均压电阻的损耗主要是电阻的热损耗，所以其热损耗计算公式为：

Udc2PresN*()M*Rres

式中：

Pres----均压电阻损耗值（W）

Udc----直流母线电压（V）

Rres----均压电阻阻值（Ω）

N----均压电阻并联组数

M----均压电阻串联个数

功率单元总损耗值为：Pto=Pz-igbt+ Pz+ Pd-+ Pres