英飞凌Plecs热模型参数及计算公式解读
之前一直有朋友问我：自己建立Plecs热模型的时候，怎么把驱动电阻对开关损耗的影响也加进去，其实我一直也没找到太好的方法，因为电阻阻值的大小对开关损耗的影响是非线性的，不能简单的等比例进行换算
这篇文章通过分析英飞凌的热模型，看看宇宙第一大厂是怎么解决这个问题的
打开英飞凌的IGBT IKW40N120CS7热模型，发现好像跟我们之前文章里讲的热模型的建立方法不太一样，这里只有公式，没有任何图表
图1 公式法计算开关损耗
图2 图表法计算开关损耗
这里跟大家解释一下，plecs热模型计算开关损耗的方法有3种：
1.查表法
2.公式法
3.查表加公式法
图3
之前文章中建立模型采用的是查表法，而英飞凌采用的方法是公式法
公式的含义
这里来分析一下这个公式是怎么计算的
Eon(V,i,T,Rgon,Rgoff)=max[lookup(ergon,Rgon)*lookup(etjon,T)*lookup(eion,i)]*lookup(evon,V)/(lookup(eion,40)^3,0)
Lookup表示查表，表格去哪里查，在custom tables里面英飞凌列了一组关系曲线
图4
开关损耗与4个因素有关，电流、电压、温度、驱动电阻，因此每个因素都与开关损耗做了一张表
英飞凌的思路是将这几个因素对开关损耗的影响进行标准化，再通过基准损耗乘以标准化系数，从而得到开关损耗
那为什么不直接用图表法进行插值计算呢？
我的理解：是因为温度与开关损耗的关系是非线性的，驱动电阻与开关损耗也是非线性的，要做两次二维插值，计算起来还是非常复杂的，因此英飞凌的这种方法相当于做了简化
怎么实现？
假设我们已知
Eon（V=600V,I=40A,T=175℃,Rgon=4Ω）=3.85mJ，那么如果想知道V=500V时的损耗，应该怎么计算呢？
Eon（V=500V,I=40A,T=175℃,Rgon=4Ω）
= Eon（V=600V,I=40A,T=175℃,Rgon=4Ω）*500V/600V=3.85*5/6=3.2mJ
同理
如果想知道Eon（V=500V,I=30A,T=175℃,Rgon=4Ω）的值呢
Eon（V=500V,I=30A,T=175℃,Rgon=4Ω）
= Eon（V=500V,I=40A,T=175℃,Rgon=4Ω）*30A/40A=3.2*3/4=2.4mJ
在基准值的基础上，每次只变动一个变量，层层递进的算下去就能得到任意点的开关损耗值
怎么确定基准值是多少？
实际上基准值就是Eon（V=600V,I=40A,T=175℃,Rgon=4Ω）=3.85mJ
这个值我们从规格书中就能查到
图5
根据之前文的讲解，既然是基准值，那么这个值应该与所有的相关因素都有关系，我们在custom tables中可以确认
图6表示的是on驱动电阻对损耗的影响，即：当电阻为4Ω的时候，开关损耗为3.869mJ，基本与规格书一致
图6
图7表示的是电流对开关损耗的影响，当电流为40A的时候，开关损耗也为3.869mJ
图7
图8表示的是温度与开关损耗的关系，在温度为175℃的条件下，开关损耗也为3.869mJ
图8
图9表示的是电压与开关损耗的关系，在电压为600V的条件下，开关损耗也为3.869mJ
图9
发现了吧，这里每一个变量都与基准值相关
也许把之前的公式改造一下看起来更容易，这里我们假设Rv,e为电压与开关损耗基准值的比例系数，Eon为开关损耗的基准值，Ev,e为比例系数与基准值的乘积，即Ev,e=Rv,e*Eon电流、温度、驱动电阻也一样，这里就不一一举例
因此之前的公式可以改造为
Eon(V,i,T,Rgon,Rgoff)=(Rv,e*Eon*Ri,e*Eon*Rt,e*Eon*Rgon*Eon)/Eon^3
=Rv,e*Ri,e*Rt,e*Rgon*Eon
这里没有Roff是因为这个公式描述的是开通损耗，如果把Rgon换成Rgoff描述的就是关断损耗，在这里是分开写的
这里也解释了为什么分母是除以3次基准值，而不是4次，因为公式的结果里一定要包含一次基准值
至于导通损耗的计算方法，与之前文章讲过的方法一致，就是通过查表来找出Vce的值，并与电压相乘，即得出导通损耗
以上就是我对英飞凌热仿真模型公式计算方法的解读，如果有理解不对的地方欢迎大家留言讨论
