IGBT模块结温的计算

付聪+付帅

摘 要：该文为了分析IGBT模块的损耗与结温之间的联系，通过实例计算了IRGP20B120UD-E型号IGBT模块的结温，为进一步运用损耗与结温检测手段对IGBT模块进行失效判断和监测提供了必备的准备。

关键词：IGBT 损耗 结温

中图分类号：U464.138 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（a）-0049-02

对于IGBT模块的电压VCE电流IC随着外部母线电压的改变发生变化的分析是目前研究其失效原因的工作之一。尤其对于牵引变流器而言，IGBT模块的母线电压确实因为工作条件变化而改變，所以其中IGBT模块器件有一定的概率发生由于电压VCE、电流IC改变而发生故障[1]。

对于IGBT器件如果单一分析其电压和电流是比较片面的，二者共同作用在器件上通过损耗表现出来，所以分析IGBT器件的损耗以及由于损耗带来的结温变化能够很好分析出IGBT器件的电压VCE和电流IC变化情况[2]。该文以一种具体型号的IGBT器件为目标对其结温进行了如下计算：

1 IGBT结温计算

以IRGP20B120UD-E型号IGBT为例当其正常工作（初始条件125 ，℃15 V ）时结温计算。

表1为IRGP20B120UD-E的部分参数。

根据以上参数表，在125 ，℃15 V初始条件下，IGBT模块的工作电流为20 A，工作选取基准频率为20 kHz，DT=0.5，DF=0.5。

根据图1，当VGE=15 V时， V，根据公式（1），（2）：

（1）

（2）

可得： W W；

当IC=20 A，VCE=600 V时， mJ mJ，经过查IRGP20B120UD-E参数表可知，此时 mJ。根据公式（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）

根据整个IGBT模块热传导的过程，其等效热阻共分为[3]：为IGBT结壳间热阻；为IGBT壳与散热器间热阻；为二极管结壳间热阻；为二极管壳与散热器间热阻；为散热器与周围环境间热阻；为环境温度[4]。

故而可以计算出IGBT芯片的结温以及二极管芯片的温度。

考虑以上的热阻及前一节中的IGBT和二极管的能耗，可以计算出IGBT芯片的结温以及二极管芯片的温度：

（8）

（9）

可得IGBT芯片的结温TIGBT=133.4 ℃。

2 结语

为了进一步分析IGBT模块的失效原因，有必要对其的损耗与结温进行分析计算，该文通过实例计算了IRGP20B120UD-E型号IGBT模块的结温。并且，通过该文的计算可以得出IGBT模块的结温确实与其损耗存在着必然的联系，这就为进一步运用相应的检测手段对IGBT模块进行失效判断和监测提供了必备。

参考文献

[1] 徐盛友.功率模块IGBT状态监测及可靠性评估方法研究[D].重庆大学，2013.

[2] 苏玉淋.功率电源中IGBT失效机理及其检测方法的研究[D].西安理工大学，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.