IGBT Durchlassverlustleistung berechnen

[Tom (Gast)]

Hallo liebe Elektronikfreunde,

zur Zeit lese ich mir ein Leistungselektronikskript durch, da ich 
irgendwann einmal in der Zukunft ein kleines Schaltnetzteil mit 30 V und 
maximal 2 A bauen möchte.

Dabei taucht aber eine kleine Frage zur Berechnung der 
Durchgangsverlustleistung eines IGBT auf.


In dem Skript habe ich folgende Formel gefunden, die auch für Dioden 
gilt:

Pd = U0 * Imittel + (Irms)^2 * rdson

Dort wird über eine Ersatzgerade und über den differentiellen Widerstand 
gerechnet.

Was ich nicht ganz verstehe ist, wieso man einmal mit dem Mittelwert des 
Stromes bei dem Schnittpunkt der Ersatzgerade mit der Spannungsachse 
rechnet und einmal mit dem Effektivwert beim differentiellen Widerstand.

Der IGBT wird ja von einem Strom mit dem Effektivwert durchflossen.



Viele Grüße
Tom

[DCDC (Gast)]

Hallo,

der Zusammenhang ist über die Momentanverlustleistung gegeben:

$$p(t)=u_{CE}\cdot i_{C}$$

wobei für die Knickkennliniennäherung gilt:

$$u_{CE}=U_{T}+i_{C}\cdot r_D$$

wobei UT die Schwellspannung und rD der differentielle Widerstand ist.
Intgriert man um die Verlustleistung zu erhalten:

$$P=\frac{1}{T} \cdot \int{p(t)}dt$$

dann folgt:

$$P=I_{C,AVG} \cdot U_{T} + I_{C,RMS}^2 \cdot r_D$$

Gruß
DCDC

[Falk B. (falk)]

@ Tom (Gast)

>zur Zeit lese ich mir ein Leistungselektronikskript durch, da ich
>irgendwann einmal in der Zukunft ein kleines Schaltnetzteil mit 30 V und
>maximal 2 A bauen möchte.

>Dabei taucht aber eine kleine Frage zur Berechnung der
>Durchgangsverlustleistung eines IGBT auf.

30V/2A baut man mit MOSFETs, nicht mit IGBTs.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#Wann_setzt_man_einen_MOSFET.2C_Bipolartransistor.2C_IGBT_oder_Thyristor_ein_.3F

>In dem Skript habe ich folgende Formel gefunden, die auch für Dioden
>gilt:

>Pd = U0 * Imittel + (Irms)^2 * rdson

Kaum, denn Dioden haben keinen rdson, bestenfalls einen differentiellen 
Widerstand rd

>Was ich nicht ganz verstehe ist, wieso man einmal mit dem Mittelwert des
>Stromes bei dem Schnittpunkt der Ersatzgerade mit der Spannungsachse
>rechnet und einmal mit dem Effektivwert beim differentiellen Widerstand.

Weil die Vereinfachung davon ausgeht, daß eine ideale Diode mit 
konstanter Flußspannung und ein idealer Widerstand in Reihe liegen und 
die Kennlinie immer oberhalb von Ut ausgesteuert wird.

[Tom (Gast)]

Hallo,

vielen Dank für die Antworten.


Das Schaltnetzteil wird natürlich mit MOSFETs von mir irgendwann mal 
gebaut werden, aber Theorie, auch über andere Halbleiter, schadet finde 
ich nicht :)

[Tom (Gast)]

Eine kleine Frage habe ich glaube ich doch noch:
Ich glaube, ich scheitere an der Berechnung des tatsächlichen Stromes, 
aufgrund der PWM, bin mir aber nicht sicher.

Wenn man einen dreiphasigen Zweistufen-Wechselrichter hat mit den 
Angaben:

Welche Verlustleistung entsteht in dem Wechselrichter bei einem Betrieb 
mit:
UDC = 400V, f = 10kHz, IRMS = 300A, cos φ = 0,8, M = 0,9 ?

M: Modulationsgrad


Transistor: UCE0 = 1,5V, rCE = 5mΩ
Eon = 7mW s, Eoff = 5mW s bei I = 300A, UDC = 300V
Diode: UF0 = 2 V, rF = 5mΩ


Dafür habe ich folgende Formeln, mein Fehler liegt denke ich in der 
Berechnung des tatsächlichen Spitzenstroms.

Eigentlich ist der Ausgang ja quasi Sinusförmig, also sollte der 
Spitzenwert Ispitze ja IRMS * Wurzel(2) sein.

$$ITrms = Ispitze * Wurzel (\frac{1}{8} + \frac{M * cos φ}{3 * pi})$$

$$ITavg = Ispitze * (\frac{1}{2 * pi} + \frac{M * cos φ}{8})$$

$$IDrms = Ispitze * Wurzel (\frac{1}{8} - \frac{M * cos φ}{3 * pi})$$

$$IDavg = Ispitze * (\frac{1}{2 * pi} - \frac{M * cos φ}{8})$$

Laut meinen Berechnungen erhalte ich:

ITrms = Ispitze * 0,44876
ITavg = Ispitze * 0,24915

IDrms = Ispitze * 0,22046
IDavg = Ispitze * 0,06915


Wenn ich jetzt aber Ispitze mit 424A (300 * Wurzel(2) ) annehme, kommen 
immer falsche Dinge raus.
Zudem habe ich ja insgesamt 6 Transistoren, die über ein PWM Signal 
angesteuert werden, wahrscheinlich liegt dort mein Fehler ?

Ergebnisse sind angeblich folgende:
( PdTr = 340W, PdD = 146W, Ps = 72W, P ges = 3348W )


Viele Grüße und vielen Dank für eure Hilfe
Tom

[Tom (Gast)]

Offenbar war ich nur zu blöd zum Rechnen, die Ergebnisse stimmen.