Расчет температуры перехода. Основные сведения

Расчет температур переходов основан на упрощенной температурной эквивалентной блок-схеме, на рис.3.8. Обозначения транзисторов и диодов аналогичны таковым на рис.3.5.

Эквивалентная блок-диаграмма ограничивается одним транзистором и его коммутирующим диодом в силовом модуле, т.е. теми двумя компонентами, через которые проходит ток нагрузки в течение одной полуволны синусоиды (здесь T1 и D2).

Эквивалентную блок-диаграмму для T2 и D1 можно нарисовать аналогично.

Обозначения на схеме:

• P_tot - общая рассеиваемая мощность внутри транзистора и обратного диода
• T_j - температуры переходов
• Z_thjc - температурный импеданс от перехода к корпусу модуля
• T_c - температура корпуса
• Z_thch - температурный импеданс от корпуса модуля к теплоотводу
• T_h - температура теплоотвода
• Z_thch - температурный импеданс от теплоотвода к внешней среде (см.п.3.3)
• T_a - внешняя температура

Рис. 3.8. Упрощенная температурная эквивалентная блок-схема IGBT и обратного диода в силовом модуле

Транзисторы и обратные диоды в силовом модуле припаяны на общую медную пластину. Поэтому элементы T_coup/D1 и T_coup/D2 стоят для температурной связи T1 и D2 с соответствующими непараллельными элементами D1 и T2, которые становятся эффективными особенно на низких основных частотах.

Точное определение этого эффекта необходимо для всестороннего температурного моделирования структуры модуля [194]. Поэтому, этим обычно пренебрегают при упрощенных расчетах.

Если транзистор и обратный диод интегрированы в один модуль, для упрощения допускается использование общей температуры корпуса и радиатора. Если это упрощение не приемлемо для одиночных ключей большой мощности, значения Z_thch нужно брать отдельно для транзистора и диода.

Эффективные температурные параметры между корпусом и теплоотводом также зависят от следующих факторов: качество основной пластины модуля, контактное давление между модулем и радиатором, термопаста, качество поверхности радиатора. Пожалуйста, уделите внимание параметрам и рекомендациям, данным производителями (см.п. 1.4.2.2).

Для компьютерного моделирования мгновенных параметров температуры перехода, температурные импедансы можно разделить на отдельны RC цепи (см.рис.3.8). Для удобства пользователей, SEMIKRON предоставляет в справочных данных параметры 4-6 RC компонентов для определения Z_thjc силовых модулей. При необходимости можно также получить параметры систем охлаждения (см.п. 3.3.6).

С помощью эквивалентной блок-схемы на рис.3.8, можно рассчитать зависимость температуры переходов транзистора и диода от времени в соответствии с приведенными уравнениями, основывающимися на температуре корпуса:

Часто только средние температуры переходов и их неравномерность влияют на температурную компоновку преобразователей. Примеры расчетов для обычных нагрузок приведены далее.