IGBT模塊結(jié)溫的計(jì)算

付聰+付帥

摘 要：該文為了分析IGBT模塊的損耗與結(jié)溫之間的聯(lián)系，通過(guò)實(shí)例計(jì)算了IRGP20B120UD-E型號(hào)IGBT模塊的結(jié)溫，為進(jìn)一步運(yùn)用損耗與結(jié)溫檢測(cè)手段對(duì)IGBT模塊進(jìn)行失效判斷和監(jiān)測(cè)提供了必備的準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：IGBT 損耗 結(jié)溫

中圖分類號(hào)：U464.138 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（a）-0049-02

對(duì)于IGBT模塊的電壓VCE電流IC隨著外部母線電壓的改變發(fā)生變化的分析是目前研究其失效原因的工作之一。尤其對(duì)于牽引變流器而言，IGBT模塊的母線電壓確實(shí)因?yàn)楣ぷ鳁l件變化而改變，所以其中IGBT模塊器件有一定的概率發(fā)生由于電壓VCE、電流IC改變而發(fā)生故障[1]。

對(duì)于IGBT器件如果單一分析其電壓和電流是比較片面的，二者共同作用在器件上通過(guò)損耗表現(xiàn)出來(lái)，所以分析IGBT器件的損耗以及由于損耗帶來(lái)的結(jié)溫變化能夠很好分析出IGBT器件的電壓VCE和電流IC變化情況[2]。該文以一種具體型號(hào)的IGBT器件為目標(biāo)對(duì)其結(jié)溫進(jìn)行了如下計(jì)算：

1 IGBT結(jié)溫計(jì)算

以IRGP20B120UD-E型號(hào)IGBT為例當(dāng)其正常工作（初始條件125 ，℃15 V ）時(shí)結(jié)溫計(jì)算。

表1為IRGP20B120UD-E的部分參數(shù)。

根據(jù)以上參數(shù)表，在125 ，℃15 V初始條件下，IGBT模塊的工作電流為20 A，工作選取基準(zhǔn)頻率為20 kHz，DT=0.5，DF=0.5。

根據(jù)圖1，當(dāng)VGE=15 V時(shí)， V，根據(jù)公式（1），（2）：

（1）

（2）

可得： W W；

當(dāng)IC=20 A，VCE=600 V時(shí)， mJ mJ，經(jīng)過(guò)查IRGP20B120UD-E參數(shù)表可知，此時(shí) mJ。根據(jù)公式（3），（4），（5）：

· （3）

· （4）

· （5）

可得：24 W=8 W，=42 W；由公式（6），（7）可得：

78.9 W，

（6）

（7）

根據(jù)整個(gè)IGBT模塊熱傳導(dǎo)的過(guò)程，其等效熱阻共分為[3]：為IGBT結(jié)殼間熱阻；為IGBT殼與散熱器間熱阻；為二極管結(jié)殼間熱阻；為二極管殼與散熱器間熱阻；為散熱器與周圍環(huán)境間熱阻；為環(huán)境溫度[4]。

故而可以計(jì)算出IGBT芯片的結(jié)溫以及二極管芯片的溫度。

考慮以上的熱阻及前一節(jié)中的IGBT和二極管的能耗，可以計(jì)算出IGBT芯片的結(jié)溫以及二極管芯片的溫度：

（8）

（9）

可得IGBT芯片的結(jié)溫TIGBT=133.4 ℃。

2 結(jié)語(yǔ)

為了進(jìn)一步分析IGBT模塊的失效原因，有必要對(duì)其的損耗與結(jié)溫進(jìn)行分析計(jì)算，該文通過(guò)實(shí)例計(jì)算了IRGP20B120UD-E型號(hào)IGBT模塊的結(jié)溫。并且，通過(guò)該文的計(jì)算可以得出IGBT模塊的結(jié)溫確實(shí)與其損耗存在著必然的聯(lián)系，這就為進(jìn)一步運(yùn)用相應(yīng)的檢測(cè)手段對(duì)IGBT模塊進(jìn)行失效判斷和監(jiān)測(cè)提供了必備。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐盛友.功率模塊IGBT狀態(tài)監(jiān)測(cè)及可靠性評(píng)估方法研究[D].重慶大學(xué)，2013.

[2] 蘇玉淋.功率電源中IGBT失效機(jī)理及其檢測(cè)方法的研究[D].西安理工大學(xué)，2008.

[3] V. Sankaran，X. Xu.Integrated Power Module Diagnostic Unit：US，5528446[P].1996.

[4] J.Lehmann，M. Netzel，R. Herzer，et al，Method for electrical detection of bond wire lift-off for power semiconductor[C]//IEEE 15th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs.2003：333-336.