电动汽车逆变器功率损耗计算

【摘要】针对目前电动汽车电机驱动系统中广泛使用的逆变器，提出一种在不同功率因数角范围内的逆变器中绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和续流二级管的导通功率损耗的计算方法。该文是对论文[1]中提出的计算公式的补充，能更精确的计算IGBT以及续流二极管上功率的损失。该方法是基于目前电机控制中普遍运用的空间电压矢量调制（SVPWM）7段式的方法计算得出的，最终推导出了在不同的功率因数角范围内逆变器中IGBT和续流二级管上的导通功率损耗的计算表达式。本文给出的计算表达式可以为设计合适的散热装置提供一定的数学理论基础。

【关键词】逆变器;IGBT;续流二级管;空间电压矢量调制;功率因数角

1.前言

在逆变器中，其功率损耗主要出现在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和续流二级管上。IGBT具有驱动功率低，工作频率高，通态电流大和通态电阻小等优点，已成为当前电力电子装置中的主导器件，因此也成为学者研究的热点。当前，对IGBT/DIODE功率损耗研究的方法主要分为基于物理结构的损耗模型和基于数学方法的损耗模型。通过物理结构计算IGBT功率损耗时，需要通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容，电阻，电感，电流源，电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT/DIODE的特性。这种损耗模型的准确程度取决于器件物理模型的准确程度，因此实现起来非常困难。相反，通过数学模型的IGBT/DIODE功率损耗模型则是利用相关实验数据，推导出电流，电压与IGBT自身参数之间的数学关系，该方法易于实现且通用较强。在已有的论文中，也有类似的功率损耗计算，但表达式不够精准，且没有在常见的功率因数角范围内分段推导得出。本文推导了SVPWM 7段调制情况下，在不同的功率因数角范围内，逆变器中IGBT和续流二级管的导通功率损耗公式。

2.逆变器的功率损耗模型

逆变器的功率损耗主要集中在IGBT和续流二极管上。而这二者的大小主要取决IGBT的开关次数和导通电流的大小，逆变器与永磁同步电机的拓扑结构如图1所示：

电动汽车逆变器功率损耗计算