[发明专利]一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型

摘要

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种考虑热耦合的参数自适应的大功率压接IGBT模块的稳态结温预测模型及其参数提取方法。针对高功率密度压接IGBT模块内芯片发热相互影响不可忽略的问题及其双面散热特性，基于三维模型的温度场分析和基本电路理论，给出了建立压接IGBT模块考虑热耦合及散热器的稳态等效热阻网络模型的方法，以用于芯片结温的预测。本发明模型的参数根据不同散热条件进行修正，对不同工况和散热器流量具有普遍适用性，且利用模型对应的等效热耦合矩阵元素定量分析热耦合影响因素，同时为器件厂家提供给用户的模型参数一个新的思路。

主权项

1.一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型，其特征在于，包括：步骤一：获取压接型IGBT模块及其散热器的物理结构及材料参数，包括IGBT模块内部各材料层尺寸、材料导热系数λ、材料比热容C_p、材料密度ρ及厂家数据手册的瞬态热阻抗曲线，散热器流道结构、冷却媒质的物理特性；步骤二：基于有限元仿真软件建立IGBT模块、散热器的三维仿真模型；步骤三：获取考虑热耦合的等效热阻抗矩阵及其参数，包括热耦合等效热阻矩阵R_ETC形式及其结温计算矩阵式，自热阻R_ii、互热阻R_ij定义式，温度参考点选取，热源逐一独立作用获取矩阵元素的方法；步骤四：计算热耦合等效热阻矩阵参数，包括固有热阻矩阵R₀与附加热阻矩阵R_Q；步骤五：基于热耦合等效热阻矩阵R_ETC等效变换及芯片功比‑结温曲线建立等效热阻网络模型；压接IGBT模块与散热器的系统结温由下式得到：其中，T_i为芯片i的结温，P_i为芯片i的功率损耗，i＝1,2,…,n，n为芯片的总数量，T_ref为参考点温度,热耦合等效电路对应的热阻矩阵时，R_ij为芯片i的自热阻R_ii和芯片i与芯片j的耦合热阻即互热阻，T_j为芯片j的结温，P_j为芯片j的功率损耗；i＝j时，R_ij即R_ii为芯片i的自热阻，计算得到矩阵R全部元素。