Un modelo de impedancia térmica para módulos IGBT considerando las características térmicas no lineales de los chips y materiales cerámicos
Autores: Wang, Yingying; Liang, Zuhuo; Jin, Bolin; Pang, Jindi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un modelo de impedancia térmica para módulos IGBT considerando las características térmicas no lineales de los chips y materiales cerámicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Método tradicional
Temperatura de unión
Conductividad térmica
Sensibilidad a la temperatura
Modelo de impedancia térmica equivalente de IGBT
Análisis de series de Fourier
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 42
Citaciones: Sin citaciones
El método tradicional de cálculo de la temperatura de unión no considera la dependencia de la conductividad térmica de un material con la temperatura, en la que la conductividad térmica cambia con la temperatura. Sin embargo, con un aumento en la temperatura de unión, la sensibilidad a la temperatura (TS) tendrá un impacto más significativo en la temperatura real de los chips. Este estudio estableció un modelo de impedancia térmica equivalente mejorado de IGBT que considera las características no lineales de la TS de los chips y materiales cerámicos. El método de análisis de series de Fourier se utilizó para obtener la curva de densidad de flujo de calor, y luego se resolvieron los ángulos de difusión de calor de cada capa. Además, se realizaron iteraciones hasta que la conductividad térmica y la temperatura de los chips y capas cerámicas coincidieran con las características no lineales de la TS. Cuando la pérdida de potencia era inferior a 200 W, el error máximo de la temperatura de unión calculado por el método propuesto considerando TS fue del 3%, mientras que el error máximo del método sin considerar TS fue del 9.5%. En comparación con la simulación de elementos finitos, el método propuesto tiene una velocidad de resolución más rápida y una alta precisión. El método propuesto solo requiere los parámetros de material de entrada, parámetros de tamaño y condiciones de contorno para resolver la temperatura de unión, lo que tiene una gran practicidad y alta precisión.
Descripción
El método tradicional de cálculo de la temperatura de unión no considera la dependencia de la conductividad térmica de un material con la temperatura, en la que la conductividad térmica cambia con la temperatura. Sin embargo, con un aumento en la temperatura de unión, la sensibilidad a la temperatura (TS) tendrá un impacto más significativo en la temperatura real de los chips. Este estudio estableció un modelo de impedancia térmica equivalente mejorado de IGBT que considera las características no lineales de la TS de los chips y materiales cerámicos. El método de análisis de series de Fourier se utilizó para obtener la curva de densidad de flujo de calor, y luego se resolvieron los ángulos de difusión de calor de cada capa. Además, se realizaron iteraciones hasta que la conductividad térmica y la temperatura de los chips y capas cerámicas coincidieran con las características no lineales de la TS. Cuando la pérdida de potencia era inferior a 200 W, el error máximo de la temperatura de unión calculado por el método propuesto considerando TS fue del 3%, mientras que el error máximo del método sin considerar TS fue del 9.5%. En comparación con la simulación de elementos finitos, el método propuesto tiene una velocidad de resolución más rápida y una alta precisión. El método propuesto solo requiere los parámetros de material de entrada, parámetros de tamaño y condiciones de contorno para resolver la temperatura de unión, lo que tiene una gran practicidad y alta precisión.