以前那个年代，上大学都是自己攒机装电脑，买CPU先问主频多少Hz……后来买手机也是，先看有几个核，再看主频……所以估计大家也都差不多，都烙下病根儿了。
可是，IGBT是个功率器件，它的开关频率上限并不是一个确定的值。我们一般都是这么回答这个问题的：
首先，开关频率是指IGBT在一秒内开关的次数。而在确定的母线电压和导通电流下，IGBT每次开关都会产生一定的损耗，开通损耗是Eon，关断损耗是Eoff，还有二极管反向恢复也有损耗Erec。
IGBT的开关频率越高，开关次数就越多，损耗功率也就越高。那乘以散热器的热阻后，IGBT的温升也越高。如果温度高到超出了IGBT的上限，那么IGBT就失效了。
但是，损耗是和电压电流成正比的，如下图所示：
所以，假如用一个很大标称电流的IGBT工作在一个较小的电流下，那么，这个大IGBT的开关损耗功率和导通损耗功率就都会减小，而这个大IGBT就更有可能用在更高的开关频率上了。
很多新手都有一个误区，他们的原话是这样说的：“小管子发热小，大管子发热大，你看那大IGBT模块发热功率都上千瓦了，那分离IGBT芯片才几瓦……”
其实这刚好说反了，在同一个电压等级下，同样技术的芯片，标称电流越大的，说明导通电阻越小，因此才能通更大的电流。
总而言之，IGBT的开关频率最高到多少，主要取决于在此工况下IGBT的结温会不会超过上限。只要你有钱，巴菲特都能陪你吃饭。所以只要不惜成本，3300V也能工作在50kHz的硬开关上……你不信？有图有真相：
所以说，别再问IGBT最高开关频率了，只要你有钱，随便超频。
虽然有钱可以为所欲为，但违反物理极限的事情，还是有钱也做不到的。那么，什么是物理极限呢？那就是IGBT的开关速度！
刚才讲过了，开关频率是IGBT在一秒内开关的次数，而且IGBT每个开关周期里还有占空比，比如1kHz开关频率，50%占空比，那么，控制型号发出的方波从开通到关断的时间就是0.5毫秒，如下图所示：
如果你以为发了0.5毫秒的方波，IGBT就能同步开0.5毫秒，那就大错特错了。因为IGBT很迟缓，一般同等技术水平下的IGBT芯片，标称电压越高的IGBT越迟缓。
这个迟缓时间就是开关延迟，定义方法如下图所示：
一般都是关断延迟比开通延迟长，所以在一个半桥上，下桥臂的IGBT在开关状态切换时，需要一个死区时间，就是上下两个IGBT同时处于关断状态；否则就会出现上下桥臂直通短路的情况。
死区时间主要取决于关断延迟比开通延迟长了多少，当然还要有冗余。
一般来说，常见的3300V的IGBT死区时间都在10us以上。
从以上文中的例子来看，50kHz对应的一个周期是20us，假设是半桥DCDC，占空比50%，那么一次开通时间只有10us，再减去10us死区时间，这个IGBT就不用开通了，只能永远保持关断状态。因此这就是IGBT的物理极限，关断延迟和死区时间导致的频率极限。
但是，这个极限比实际应用的开关频率高出很多，因此平时并没有意义去讨论这个问题，除非你真的要用3300V的IGBT工作在50kHz上。在大部分实际应用中，3300V的IGBT开关频率都是1kHz左右，超过2kHz就非常少见了。
最后，我们再举一个实际中会碰到的有参考价值的例子。在高速电机的应用中，假设电机额定转速在10万转以上，一对极，折算成电机驱动频率约为2000Hz，逆变器直流母线电压为600V，额定扭矩对应的线电流有效值约为30A，水冷散热器。
在高速电机应用中，大部分是无刷直流的控制方法，但有些特殊场合为了保证控制精度和扭矩稳定性，需要采用SVPWM的控制方法，这时就需要逆变器具有很高的开关频率了，而且开关频率越高，纹波越小，电机的扭矩就越平稳。
我们假设开关频率不低于30kHz，现在开始选型，根据逆变器的体积和成本考虑，我们先初选FS75R12KT4和FS100R12KT4，标称电流分别为75A和100A的两款三相全桥IGBT模块。
这个封装的IGBT模块，水冷散热器的典型热阻为0.072K/W，进口水温为60°C。在散热条件确定后，我们就可以开始仿真计算了。
首先把结温上限设为145度，留5度的安全余量。然后可以得到一个结温在145度下，输出电流和开关频率的关系，如下图所示：
其中，黑色是100A的模块，红色是75A模块。在30-40kHz的频率区间，100A的模块能比75A的模块多输出约10A的电流有效值。在30A输出电流下，100A模块的开关频率能比75A模块高出15kHz以上。当然，你也可以选个更大的FS150R12KT4，工作到100kHz。不过，这就要考虑一下1200V一般3us的死区时间可能会吃掉一半的PWM波，所以这时候频率又被开关速度给限制了。
最后，回到我们的主题上来，IGBT的频率可以有多高？虽然极限取决于死区时间，但实际中主要还是取决于散热和电流。不提散热和电流张开就问开关频率，这是许多新手小白常犯的错误。
免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如有问题，请联系删帖，谢谢！
↑↑ 扫码关注更多精彩内容
|
楼主
标题置顶
标题高亮
