基于電-熱耦合模型的IGBT模塊結溫計算方法

李玲玲，許亞恵，李志剛

（河北工業大學電磁場與電器可靠性省部共建重點實驗室，天津300130）

基于電-熱耦合模型的IGBT模塊結溫計算方法

李玲玲，許亞恵，李志剛

（河北工業大學電磁場與電器可靠性省部共建重點實驗室，天津300130）

溫度循環下的疲勞累計損傷是IGBT模塊失效的主要原因，計算IGBT模塊的結溫對預測其壽命具有重要意義。為了研究IGBT模塊工作過程中結溫變化情況，首先通過計算IGBT和FWD的功率損耗建立了IGBT模塊電模型，然后在分析IGBT模塊熱傳導方式的基礎上建立了IGBT模塊熱模型，進而基于電模型和熱模型建立了IGBT模塊的電-熱耦合模型，最后以三相橋式逆變器為例對IGBT和FWD的結溫進行了仿真分析。結果表明，由于IGBT和FWD處于開關狀態，兩者的結溫波形均呈波動形狀，且波動均值經過短時間上升后穩定于一恒定值，所以逆變器用IGBT模塊開始工作后經短時間的熱量積累最終達到熱穩定狀態；由于IGBT的開關損耗比FWD大，使得IGBT結溫受開關頻率的影響較大。

IGBT模塊；結溫；功率損耗；電-熱耦合模型

絕緣柵雙極型晶體管IGBT（insulated gate bipolar transistor）綜合了雙極型三極管和絕緣柵型場效應管兩者的優點，具有開關速度快、輸入阻抗高、導通壓降低和載流密度大等優點，廣泛應用于智能電網、交通運輸及家用電器等關鍵領域，故IGBT的可靠性問題成為研究熱點。因IGBT模塊內部各層材料的熱膨脹系數不同［1］，工作中IGBT模塊在功率循環波動下內部相互連接處熱機械應力不同，長期承受功率循環最終導致器件失效，故研究IGBT結溫計算方法對評估其工作狀態具有重要意義［2］。……