IGBT模塊結溫的計算

付聰+付帥

摘 要：該文為了分析IGBT模塊的損耗與結溫之間的聯系，通過實例計算了IRGP20B120UD-E型號IGBT模塊的結溫，為進一步運用損耗與結溫檢測手段對IGBT模塊進行失效判斷和監測提供了必備的準備。

關鍵詞：IGBT 損耗 結溫

中圖分類號：U464.138 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0049-02

對于IGBT模塊的電壓VCE電流IC隨著外部母線電壓的改變發生變化的分析是目前研究其失效原因的工作之一。尤其對于牽引變流器而言，IGBT模塊的母線電壓確實因為工作條件變化而改變，所以其中IGBT模塊器件有一定的概率發生由于電壓VCE、電流IC改變而發生故障[1]。

對于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損耗表現出來，所以分析IGBT器件的損耗以及由于損耗帶來的結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的IGBT器件為目標對其結溫進行了如下計算：

1 IGBT結溫計算

以IRGP20B120UD-E型號IGBT為例當其正常工作（初始條件125 ，℃15 V ）時結溫計算。

表1為IRGP20B120UD-E的部分參數。

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

根據圖1，當VGE=15 V時， V，根據公式（1），（2）：

（1）

（2）

可得： W W；

當IC=20 A，VCE=600 V時， mJ mJ，經過查IRGP20B120UD-E參數表可知，此時 mJ。根據公式（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）

根據整個IGBT模塊熱傳導的過程，其等效熱阻共分為[3]：為IGBT結殼間熱阻；為IGBT殼與散熱器間熱阻；為二極管結殼間熱阻；為二極管殼與散熱器間熱阻；為散熱器與周圍環境間熱阻；為環境溫度[4]。

故而可以計算出IGBT芯片的結溫以及二極管芯片的溫度。

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

（8）

（9）

可得IGBT芯片的結溫TIGBT=133.4 ℃。

2 結語

為了進一步分析IGBT模塊的失效原因，有必要對其的損耗與結溫進行分析計算，該文通過實例計算了IRGP20B120UD-E型號IGBT模塊的結溫。并且，通過該文的計算可以得出IGBT模塊的結溫確實與其損耗存在著必然的聯系，這就為進一步運用相應的檢測手段對IGBT模塊進行失效判斷和監測提供了必備。

參考文獻

[1] 徐盛友.功率模塊IGBT狀態監測及可靠性評估方法研究[D].重慶大學，2013.

[2] 蘇玉淋.功率電源中IGBT失效機理及其檢測方法的研究[D].西安理工大學，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.