文档介绍：IGBT功率器件功耗与散热IGBT等功率电子器件在工作中,由于自身的功率损耗,将引起IGBT温度升高。引起功率器件发热的原因主要有两个,一是功率器件导通时,产生的通态损耗。二是功率器件的开通与关断过程中产生的开关损耗。IGBT功耗主要由导通损耗和开关损耗构成,需要合理的IGBT散热装置将产生的热量散发出去,保证IGBT变流器设备的可靠运行。(1)功率器件导通时,由于自身的导通压降并不为零,于是将产生通态损耗。通态损耗主要与功率器件的导通压降、承载电流以及导通占空比有关。设功率器件的导通压降为Uon,则当器件通过占空比为D,电流幅值为IT的矩形脉冲时,平均通态损耗为(2)功率器件在开通与关断过程中,作用在其上的电压、电流波形可近似表示为图1所示形式。功率器件在开通时不能瞬间完全导通,逐渐下降的电压与逐渐上升的电流将产生开通损耗Pon。功率器件在关断时不能瞬间完全截止,逐渐下降的电流与逐渐上升的电压将产生关断损耗off。开通损耗Pon和关断损耗Poff的总和即是功率器件的开关损耗Ps。开关损耗主要与功率器件的承载电压、电流以及开关频率有关。对于电阻性负载,依据图1(a)所示的波形,设功率器件截止时承载的电压为UT,开通时的电流为IT,开关的频率为fs,周期为Ts,则在一个开关周期内的平均开关损耗为对于电感性负载,在电压、电流相同的情况下,功率器件的平均开关损耗要大干电阻性负载,一般认为其在一个开关周期内平均开关损耗为开关器件的平均通态损耗Pc与平均开关损耗Ps之和就是开关器件总的功率损耗,它们将转化为热量而引起功率器件发热。各种功率器件的核心均是半导体PN结,而PN结的性能与温度密切相关,为此,功率器件均规定了正常工作的最高允许结温Tjm。为了保证器件正常工作,器件工作时的结温应始终低于最高允许结温Tjm。但工程上能够测量到的结温实际上是功率器件外壳的平均温度,由于功率器件内部温度分布是不均匀的,可能会出现局部高于最高允许结温的过热点而使器件损坏。为此,在实际使用中,要降额使用器件的最高允许结温,且设备的可靠性要求越高,器件最高允许结温的降额的幅度就越大。如高可靠性商业设备中,功率器件的最高允许结温取130-150℃,军用设备取120-135℃,超高可靠性设备则取105℃。功率器件的结温与器件自身的功率损耗、器件到外界环境的传热条件及环境的温度有关。由于功率器件的体积较小,其自身向大气环境的传热能力远低于自身功率损耗所产生的热量,为此,通常需在功率器件上加装散热器,以辅助功率器件将自身的热量散发到外界环境中。加装散热器主要目的是实现热传输的平衡,使器件的发热率与散热率相等,器件的结温保持稳定。热传输与电传输有极大的相似性,遵从热路欧姆定律,即式中,Tj,功率器件的结温;     TA,外界环境的温度,通常将外界环境的温度取值为25℃;     P,器件的功率损耗,即热流(W);     Rθ热阻(℃/W)。上式表明,当器件的功率损耗P一定时,器件与外界环境的温度差Tj-TA同热阻Rθ成正比,即热阻越大,器件与外界环境的温度差就会越大,也即功率器件的结温就会越高。功率器件的参数表通常给出器件的PN结到外壳的热阻Rθjc和PN结到大气环境的热阻Rθja两个参数,如功率MOSFET管IRF540参数表给出的PN结到外壳的热阻Rθjc=1℃/W,PN结到大气环境