英飛凌IGBT模塊的散熱設計
英飛凌IGBT模塊的運行溫度范圍是非常重要的參數,一些設備要求工作在室溫下,而另一些設備要求工作在很寬的溫度范圍內(如-40℃~+65℃)。溫度和散熱對于系統的可靠和有效運行非常重要。如果實際要求IGBT模塊工作的電源系統工作在寬溫度范圍內,也要保證電源系統中的所有功率器件在寬溫度范圍內可靠地工作。為達到這一目的和zui大限度地減少成本,應仔細估算在兩個溫度點處是否需要達到*的性能指標。實際上,在溫度點處對IGBT模塊的要求越低,構成系統就可以越經濟。
由于英飛凌IGBT模塊自身有一定的功耗,IGBT模塊本身會發熱。在一定外殼散熱條件下,功率器件存在一定的溫升(即殼溫與環境溫度的差異)。IGBT模塊外殼散熱表面積的大小直接影響溫升。對于溫升的粗略估計可以使用這樣的公式:溫升=熱阻系數×功率器件的功耗。熱阻系數對于涂黑紫銅的外殼P25xxx(用于SMP-1250系列產品的外殼)來說約為3.76℃/W。這里的溫升和系數是在功率器件直立并使下方懸空1cm、自然空氣流動的情況下測試的。對于溫度較高的地方,須將IGBT模塊降額使用以減小功率器件的功耗,從而減小溫升,保證外殼不超過極限值。對于功率較大的功率器件,須加相應的散熱器以使功率器件的溫升得到下降。不同的散熱器在自然的條件下有不同的對環填的熱阻,主要影響散熱器熱阻的因素是散熱器的表面積。同時考慮到空氣的對流,如果使用帶齒的散熱器,應考慮齒的方向盡量不阻礙空氣的自然對流。
所有的功率器件在運行時,由于內部功率消耗都將產生一些熱量。在每一應用中都有必要限制這種“自身發熱”,使功率器件外殼溫度不超過的zui大值。