大功率逆变器散热设计

赵红璐 朱永元 张 银



大功率逆变器散热设计

赵红璐1朱永元2张 银1

（1. 中国矿业大学电气与动力工程学院，江苏 徐州 221000；2. 国网张家港市供电公司，江苏 张家港 215600）

本文研究了大功率逆变器中IGBT模块的散热设计。大功率IGBT模块在功率变换系统、无功补偿系统等领域有着广泛的应用，随着系统尺寸重量向着轻小化方向发展，IGBT模块单位体积内的散热量越来越高，严重危害了系统的稳定运行，因而对IGBT模块的热分析、热管理成为大容量IGBT技术发展的重要研究方向。本文提供了一整套的散热设计方法：首先对IGBT模块在实际工作电压电流下的损耗进行了分析计算，接下来提出了一种考虑IGBT模块内NTC热敏电阻的新型等效热路图，通过该等效热路图可较快速准确地进行结温以及热阻的计算，最后利用ANSYS的DesignXplorer模块对影响散热器热阻的关键参数进行了定量分析，并对散热系统的散热效果进行了仿真和试验分析，证明散热设计的准确性。

逆变器；IGBT模块；散热设计；等效热路图

用于功率转换和电机控制的绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块在电动汽车、火车、不间断电源以及风力涡轮机中有着非常广泛应用。近些年来，随着功率等级的提高以及功率模块小型化的不断推进，IGBT功率模块不可避免地要散发出更多的热量，也就是功率损耗体现为功率模块发热。在混合电动汽车的应用中[1]，IGBT模块的热流密度已经达到100～150W/cm2[2]，并且随着容量的增大和开关频率的增高，下一代的IGBT模块的热流密度有计划上升至500W/cm2[3]。……