[发明专利]一种提高电能变换装置功率密度的方法

摘要

一种提高电能变换装置功率密度的方法。本发明公开了一种基于热平衡分析的IGBT参数尽限使用设计方法，根据IGBT热击穿失效机理，采用建立的IGBT电热模型仿真得到在给定参数条件下的导通功耗、开关功耗和断态功耗的温度曲线，相加得到IGBT总功耗的温度曲线，由结-壳稳态热阻得到传热功耗曲线，联立IGBT总功耗曲线和传热功耗曲线进行热平衡分析，两条曲线相切时的结温为IGBT极限结温，对应的参数值即为此电路条件下的尽限使用值。本发明所提出的IGBT参数尽限使用设计方法原理清晰，操作性强，减小了实际测试工作量，做到了参数尽限使用的精确量化，提高了装置的功率密度。

主权项

一种提高电能变换装置功率密度的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)建立IGBT总功耗P模型为：P＝Pon+Poff+Psw；其中，Pon为IGBT的导通功耗，Psw为IGBT的开关功耗，Poff为IGBT的断态功耗；(2)计算工作温度Tj时IGBT的内部参数，以及半导体物理常数；根据得到的内部参数和半导体物理常数得到IGBT总功耗与温度Tj的关系，即IGBT总功耗的温度曲线；工作温度Tj时IGBT的内部参数，包括过剩载流子寿命τ(Tj)、栅极门槛电压Vth(Tj)、跨导Kp(Tj)和发射极电子饱和电流Isne(Tj)；材料的半导体物理常数，包括本征载流子浓度、载流子迁移率和扩散系数；(3)由结‑壳稳态热阻RthJC得到在给定壳温Tc条件下的结‑壳传热方程，从而得到结‑壳传热功耗曲线；(4)在IGBT的电压、电流、开关频率和占空比四个参数中任意三个，根据其预先设定的值，对第四个参数进行极限设计，得到结温的极限工作点；(5)将得到的第四个参数尽限使用值作为电能变换装置中IGBT参数使用，以提高电能变换装置的功率密度。