在电驱系统中，IGBT作为主功率器件，获得了广泛的应用。大量的硬件设计工作是围绕IGBT展开的，其中的一项关键工作的是对IGBT的损耗进行计算，该损耗一方面联系着控制器效率，另外一方面又对IGBT晶元的温度产生重大的影响。本文介绍了这一种简单的IGBT损耗计算方法，主要应用于求取不同工况条件下的控制器损耗。

基本概念及总体思想

我们知道电机控制器输出的电流为正弦电流，该电流是通过SPWM/SVPWM调制的方式调制电压得到的，根据等效响应的原理，获得正弦电流，从而驱动电机。关于如何调制，请参考之前的文章，这里不再赘述。

逆变器主功率部分可以简化为下图1示意，其中电机为感性负载，在状态切换过程中，定子内部电流大小和方向不能发生突变。

通过不同的开关组合可以将导通状态划分为6个扇区，如图2。通过插入状态V0（上管关闭，下管导通）或者状态V7（下管关闭，上管导通），调节V1~V6的占空比，从而调节调制波电压的幅值、相位和频率。由于上下桥臂不能同时导通，可以证明，六边形的内接圆是正弦波的最大调制电压。由于上下桥臂不能同时导通，因此可以证明，六边形的边界是调制波的边界，此时调制波接近方波。

关于调制度的问题电机端的定义和控制器端的定义存在一定的差异，我们约定：

直流电压：Udc

线电压基波峰值：Uac_line_peak

相电压基波峰值：Uac_phase_peak

最大SVPWM调制电压：Usvpwm_peak=Udc/sqrt(3)

电机端定义电压利用率=Uac_line_peak/Udc

控制器端定义电压调制比=Uac_phase_peak/Usvpwm_peak

运用以上定义，可以看出在正弦调制条件下（调制电压不大于Usvpwm_peak），控制器端电压调制比=电机端电压利用率。

1、开关状态转换过程

以上管IGBT和下管Diode为研究对象，上下桥臂交替互补导通，中间转换状态插入“死区”。其中，阶段a，e为下管Diode导通；阶段c为上管IGBT导通；阶段b，d为插入的“死区”。

a阶段下管Diode正向导通，该阶段下管Diode损耗为Vf*ic；

a→b阶段，电流保持不变，下管Diode持续续流

b阶段，电流保持不变，下管Diode持续续流

b→c阶段，由于下管被嵌位到0V，上管IGBT Vds=Vdc，ic=iL，开通损耗Eon；下管Diode反向恢复Eoff_rr

c阶段，上管IGBT导通，导通功耗为Vce*ic，下管截止

c→d阶段，该过程为上管IGBT关断，关断损耗Eoff；下管Diode开启，开启损耗可以忽略

d阶段，电流保持不变，下管Diode持续续流

d→e阶段，电流保持不变，下管Diode持续续流

e阶段，等于a阶段

2、导通损耗计算

IGBT导通损耗按照如下积分公式进行计算，正弦电流上半周为上管IGBT续流，下管Diode续流；下半周电流为上管Diode续流，下管IGBT续流，因此积分范围为0~2π，上管 duty记为 τ(t)，下管duty 记为1-τ(t)。

IGBT导通损耗计算如下：

Diode导通损耗计算如下：

不同的调制方式会对，占空比会存在不同的表现形式，如下

IGBT的导通压降可以简化为以下的线性关系，同理DIODE的导通压降也可以简化为相似的线性关系。因此，IGBT导通压降Vce和DIODE导通压降Vf可以表示为：

有以上通过积分运算可以得不同调制模式情况下，IGBT和DIODE的导通损耗计算公式如下：

3、开关损耗计算

IGBT的开关损耗，（Eon+Eoff）简化为和Icp*Vdc线性相关的；Diode忽略开通损耗，只考虑二极管关断（反向恢复）损耗，Ediode_off同样简化为和Icp*Vdc线性相关的。在正弦波0~π对损耗进行积分，获得平均损耗，得到如下公式：

小结：本文重点推导了一种简单的IGBT损耗计算方法，将电机控制参数耦合进来，获得不同工况下IGBT的损耗，从而计算出控制器不同工况下的效率。IGBT损耗主要集中在开关损耗，该损耗和控制方式影响不大，导通损耗和调制的方式存在较大的影响。在低压大电流的系统中，该方法具有很强的应用价值。

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