IGBT结温的近似计算方法及应用6.pdfVIP

第35卷第2期 铁道机车车辆 VoI．35No．2 2015年4月 RAILWAYLoCOMOTIVECAR Apr． 2015 《》文章编号：1008—7842(2015)02—0036--05 IGBT结温的近似计算方法及应用 李岩磊，杨宁，马颖涛 (中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081) 摘要描述了IGBT的结构及散热原理。介绍了一种IGBT结温近似计算方法，将IGBT的导通损耗和开关损 耗的计算大大简化，使结温的计算变得简便易行。通过应用实例验证了近似计算方法的可行性和准确性。 关键词IGBT结构；IGBT散热原理；结温的近似算法；结温近似算法的应用 中图分类号：U264．3+7文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1008—7842．2015．02．09 由于可控性好、易于使用以及功率等级高等优点， 由于IGBT的物理模型很复杂，很难精确地计算它的损 耗和结温，本文提供一种IGBT结温的近似计算方法， IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为半导体器件已经在许 多电力电子应用中得到广泛地使用。在机车车辆中的 能够根据一些易于测量的外部参数，通过一系列计算近 许多电力电子设备比如牵引变流器、辅助变流器和充电 似推导得出IGBT的结温。 1 机等也选用IGBT作为半导体器件，在这类应用中，车 IGBT结构及散热简介 载变流器工作环境比较恶劣，因为安装空间的限制，对 1．1 IGBT结构 于发热部件尤其是IGBT这类半导体功率器件的散热 IGBT模块的结构比较复杂，主要由芯片、绑定线、陶 提出了很大挑战，如果散热不好，导致IGBT的P—N瓷基片、焊接层和铜底板组成，结构简图如图1所示。其 结的结温超过规定的限值，使IGBT失效率升高，甚至中主要的发热部分是芯片，在IGBT工作时，在电压和电 会导致IGBT直接炸裂，导致严重事故。所以要及时监流的作用下，芯片冲的P—N节上会产生损耗发热，这些 控IGBT的结温，以便做好保护措施，防止事故的发生。热量通过IGBT模块的其他组成部分层层传导到铜底板 在实际应用中IGBT的结温是无法直接测量的，只上，最后通过外加的散热器散发掉，为了保证散热器与 能通过一些外部参数和IGBT的结构特点来推算结温，IGBT底板充分接触，在他们之间要涂抹导热硅脂。 绑定线 、l—wire 陶瓷基片 铽 ? 焊接层Solder |7 ±V-1 ／ 散热器 图1 IGBI、结构简图 1．2 IGBT散热原理‘朝 芯片一外壳热阻定义为Rtlljc，外壳一散热器热阻定义为 IGBT芯片PN结上产生的热量可以看做是通过3R吨。。，散热器一环境热阻定义为Rm∽损耗发热经过每 个环节散发掉的，这3个环节为芯片一外壳、外壳一散 个环节的散热都会产生温差，在图2中可以清楚地看到 热器和散热器一环境，如图2所示，每个环节都有热阻， 对于几个温差的定义。根据热力学公式，温差等于损耗 李岩磊(1976一)男，助理研究员(修回日期：2015—02—15) 万方数据 第2期 IG