功率晶閘管廣泛應用於AC/DC變換器，UPS旁路等場合。本文通過公式計算和在線IPOSIM仿真兩種方式，對晶閘管在UPS旁路應用中的損耗計算和結溫預估進行說明，給廣大工程師在晶閘管選型時提供幫助。晶閘管在AC/DC整流應用中的損耗計算，請參考微信文章《PIM模塊中整流橋的損耗計算》。
晶閘管是半控型電力電子器件，可通過門極在晶閘管承受正向陽極電壓時，控制晶閘管導通，當主迴路電壓（或電流）減小到接近於零時，晶閘管自行關斷。晶閘管一般處於工頻開關工作，所以在計算其損耗時，忽略開關損耗，只計算其導通損耗。
公式計算方法如下：
各參數定義如下：
PVT是單個晶閘管的損耗
VT0是閾值電壓 (threshold voltage)
ITAV是單個晶閘管輸出電流平均值
rT是斜率電阻 (slope resistance)
F是波形因數 (form factor)，可由公式2獲得
其中ITRMS是單個晶閘管輸出電流均方根值，即有效值；對於UPS旁路應用中的正弦半波電流，此時 F取值1.571。（參考文後公式4~6）
上圖電路中I1是該相交流電流有效值，ITAV是單個晶閘管的電流平均值，U1為相電壓有效值。
以600kW UPS，輸出電壓400 VAC旁路舉例，分別考慮下述過載規格，125%功率過載10分鐘以及150%功率過載1分鐘，並且以85%輸出電壓作為最惡劣條件。
125%功率過載時，對應的最大相電流有效值為：
根據公式4計算該單個器件的電流平均值為：
選擇TT820N16KOF和TT600N16KOF作為方案備選，它們的參數如下：
由於只計算單個晶閘管的損耗，RthJC取單個晶閘管的結殼熱阻(per arm,θ=180° sin)。將上述參數代入公式1，並假定器件的殼溫Tcase=85°C，根據公式3即可計算出器件結溫。
對比這兩個方案的計算結溫，TT820N16KOF的結溫裕量有19，TT600N16KOF只有2.5。
150%功率過載時，對應的最大相電流有效值為：
根據公式4計算該單個器件的電流平均值為：
同上述125%功率過載計算方法一樣，並且由於規格書中的瞬態熱阻在60S時已經穩定，我們可以使用上述表格中的最大RthJC值來計算結溫。
對比這兩個方案的計算結溫，TT820N16KOF的結溫裕量仍然有10℃，TT600N16KOF已經超過最大結溫上限了。顯然，TT820N16KOF是最適合600kW UPS的旁路方案。此類壓接型的晶閘管外觀呈現黑色，有著更高的結溫規格以及更強的抗衝擊電流能力，適合UPS旁路應用。
我們再使用IPOSIM來進行仿真，然後同公式計算結果進行對比。
文章來源：英飛凌工業半導體
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