李玲玲，许亚恵，李志刚

（河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津300130）

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

李玲玲，许亚恵，李志刚

（河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津300130）

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因，计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况，首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型，然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型，进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型，最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明，由于IGBT和FWD处于开关状态，两者的结温波形均呈波动形状，且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值，所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态；由于IGBT的开关损耗比FWD大，使得IGBT结温受开关频率的影响较大。

IGBT模块；结温；功率损耗；电-热耦合模型

绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）综合了双极型三极管和绝缘栅型场效应管两者的优点，具有开关速度快、输入阻抗高、导通压降低和载流密度大等优点，广泛应用于智能电网、交通运输及家用电器等关键领域，故IGBT的可靠性问题成为研究热点。因IGBT模块内部各层材料的热膨胀系数不同［1］，工作中IGBT模块在功率循环波动下内部相互连接处热机械应力不同，长期承受功率循环最终导致器件失效，故研究IGBT结温计算方法对评估其工作状态具有重要意义［2］。……