本文研究了大功率逆變電源中igbt模塊的散熱設(shè)計(jì)。大功率igbt模塊在功率變換系統(tǒng)、無功補(bǔ)償系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，隨著系統(tǒng)尺寸重量向著輕小化方向發(fā)展，igbt模塊單位體積內(nèi)的散熱量越來越高，嚴(yán)重危害了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因而對igbt模塊的熱分析、熱管理成為大容量igbt技術(shù)發(fā)展的重要研究方向。本文提供了一整套的大功率逆變電源散熱設(shè)計(jì)方法：首先對igbt模塊在實(shí)際工作電壓電流下的損耗進(jìn)行了分析計(jì)算，接下來提出了一種考慮igbt模塊內(nèi)ntc熱敏電阻的新型等效熱路圖，通過該等效熱路圖可較快速準(zhǔn)確地進(jìn)行結(jié)溫以及熱阻的計(jì)算，后利用ansys的designxplorer模塊對影響散熱器熱阻的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了定量分析。
并對大功率逆變電源散熱系統(tǒng)的散熱效果進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)分析，證明散熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。用于功率轉(zhuǎn)換和電機(jī)控制的絕緣柵雙極晶體管（igbt）模塊在電動汽車、火車、不間斷電源以及風(fēng)力渦輪機(jī)中有著非常廣泛應(yīng)用。近些年來，隨著功率等級的提高以及功率模塊小型化的不斷推進(jìn)，igbt功率模塊不可避免地要散發(fā)出更多的熱量，也就是功率損耗體現(xiàn)為功率模塊發(fā)熱。在混合電動汽車的應(yīng)用中，igbt模塊的熱流密度已經(jīng)達(dá)到100～150w/cm2，并且隨著容量的增大和開關(guān)頻率的增高，下一代的igbt模塊的熱流密度有計(jì)劃上升至500w/cm2。在這種情況下，對igbt模塊的熱分析成為大容量*igbt模塊技術(shù)發(fā)展的主要壁壘?，F(xiàn)階段的對大功率igbt模塊的研究主要集中3個方向。
1）對igbt模塊的損耗計(jì)算。文獻(xiàn)[4-5]在分析損耗計(jì)算時忽略了功率器件結(jié)溫對損耗的影響。文獻(xiàn)[4]結(jié)論的成立的條件是器件的開關(guān)能量損耗與其承受的電壓呈線。文獻(xiàn)[5]在對npc型igbt模塊進(jìn)行分析的時候認(rèn)為中間的鉗位二極管和上下兩個反恢復(fù)二極管的損耗相同，實(shí)際上它們的導(dǎo)通時間是不同的，因而產(chǎn)生的損耗也是不同的。2）對整個散熱模型的等效熱路圖進(jìn)行精確化等效。文獻(xiàn)[6-7]等對現(xiàn)階段的等效熱路圖進(jìn)行了改進(jìn)，提出了3-d熱阻抗等效模型，并將熱耦合等因素考慮了進(jìn)去，但是這種熱阻抗模型過于復(fù)雜，而且只對igbt芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了等效，因而適用于外圍電路簡單的散熱。3）對新型散熱方式的研究。文獻(xiàn)[8]提出了新型的水冷風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻辦法。
但造價(jià)較高?，F(xiàn)如今的熱管冷卻，微通道冷卻效果都很好，但是缺點(diǎn)在于前期的經(jīng)濟(jì)成本過高。本文部分對igbt模塊在實(shí)際工作電壓電流下的損耗進(jìn)行了分析計(jì)算，第二部分提出了一種考慮igbt模塊內(nèi)ntc熱敏電阻的新型等效熱路圖，通過該等效熱路圖可較快速準(zhǔn)確地進(jìn)行結(jié)溫以及熱阻的計(jì)算，第三部分利用有限元分析軟件ansys中的designxplorer模塊對影響散熱器熱阻的多個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了定量分析，后一部分對各個參數(shù)影響下大功率逆變電源散熱系統(tǒng)的散熱效果進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)分析，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了等效熱路圖的實(shí)用性以及大功率逆變電源散熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。本文主要分析了大功率逆變電源在工作電流為200a時的損耗計(jì)算方法。以及在損耗計(jì)算基礎(chǔ)上提出了基于ntc熱敏電阻的熱阻等效熱路圖，并進(jìn)行了散熱設(shè)計(jì)。在理論分析后進(jìn)行了實(shí)際的仿真及實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，終證明了大功率逆變電源散熱設(shè)計(jì)的有效性。