igbt模塊的等效熱路模型

1、IGBT模塊的等效熱路模型引言半導(dǎo)體器件的熱特性可以使用不同的等效熱路模型來描述：圖1:連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型(Continuedfractioncircuit也稱作Cauer模型T模型或梯形網(wǎng)絡(luò))連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型(Continuedfractioncircuit)反應(yīng)了帶有內(nèi)部熱阻的半導(dǎo)體器件的熱容量真實的物理傳導(dǎo)過程。當(dāng)已知器件的每層的材料特性時，就能夠建立這個模型。然而，要畫出每層材料上的熱路圖是十分麻煩的。模塊的每一層（芯片、芯片的連

2、接部、基片、基片連接部、底板）都可以用相應(yīng)獨立的RC單元來表示。因此從熱路模型的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點就能夠獲得每層材料的內(nèi)部溫度。圖2:局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型(Partialfractioncircuit也稱作Foster模型或pi模型)與連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型不同，局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型(Partialfractioncircuit)的RC部分不再與各材料層對應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點沒有任何物理意義。本應(yīng)用手冊是用該模型，因為系數(shù)很容易從已測得的散熱曲線中得到，因此該模型往

3、往用于解析計算模塊的溫度分布。在本應(yīng)用手冊中，局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型中的系數(shù)是用如表格中的r和一起表示的。這里舉一個例子：在以上兩種網(wǎng)絡(luò)熱路模型中，在評估最惡劣情況下的溫度時是用導(dǎo)熱膠Rth替代常常是未知的導(dǎo)熱膠Zth。然而，在局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型中，當(dāng)一個階躍的功率輸入到IGBT中時將導(dǎo)致通過導(dǎo)熱膠的溫度隨即上升，并因此將導(dǎo)致實際器件中不存在的結(jié)溫升高。有兩種方法可以避開這個問題：1)如果散熱片的Zth可以通過測量得到，應(yīng)當(dāng)用基板的溫度Tcas

4、e來代替散熱片的溫度Ths。在這種情況下，導(dǎo)熱膠已經(jīng)包含在散熱片的溫度測量中，這樣就不必再單獨分開考慮。2)如果IGBT已經(jīng)搭建，因已知輸入功率損耗P(t)，則基板的溫度Tcase(t)可以直接測量得到，從而根據(jù)圖3計算得到。IGBT加散熱片用局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型或連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型？用戶經(jīng)常會想避免測量的花費，而想利用目前已有的IGBT和散熱片熱參數(shù)畫熱路模型圖。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型和局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型都提供描述了IGBT的結(jié)到殼與散熱片到周圍環(huán)

5、境的熱傳遞過程。如果要將IGBT和散熱片的模型合并在一起，就會出現(xiàn)要用哪個模型的問題，特別是如果IGBT與散熱片的熱特性是分別獨立給出的。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型中的IGBT和散熱片：圖4:綜合的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型和模型中相連接的各材料層的模型使得熱傳遞過程物理意義清晰，即各材料層是逐層傳遞熱量的。熱量流動—類比于電路中的電流—經(jīng)過一段時間延遲后到達(dá)并加熱散熱片。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)熱路模型可以通過仿真或者由一個測量的局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型變換得到

6、。通過對整個結(jié)構(gòu)的每一層材料分析和有限元建模仿真，很明顯可以建立一個模型。但這只有在包含了某一特定的散熱片時才是可能的，因為散熱片對IGBT里熱量的傳遞有著相互耦合作用的影響，因此也對熱響應(yīng)時間和IGBT的Rthjc有影響。如果實際中的散熱片與仿真中用的散熱片不一樣，那么就不能通過仿真來對實際的散熱片進(jìn)行建模。在數(shù)據(jù)手冊中一般會給出局部網(wǎng)絡(luò)熱路模型的參數(shù)，因為這是基于測量得到的結(jié)果，以及提供的Zthjc可作為近似的數(shù)據(jù)用。將局部網(wǎng)絡(luò)熱路