時(shÃ)間:2013-11-13 14:49:38來(lái)æºï¼šå§šäºŒç¾(xià n) èŽŠå‰æ±
引言
為了æé«˜å‹•(dòng)力è¨(shè)å‚™çš„é›»åŠ›åˆ©ç”¨æ•ˆçŽ‡ï¼Œè®Šé »å™¨å¾—åˆ°äº†è¶Šä¾†(lái)越廣泛的應(yÄ«ng)ç”¨ï¼Œè®Šé »å™¨ä¾é å…¶å…§(nèi)部IGBT的開通與關(guÄn)斷來(lái)調(dià o)整輸出電æµçš„é›»å£“èˆ‡é »çŽ‡ï¼Œå› æ¤å…¶ä½¿ç”¨çš„IGBT模塊的å¯é 性å°(duì)è®Šé »å™¨çš„ç©©(wÄ›n)定é‹(yùn)行有著é‡è¦å½±éŸ¿ã€‚溫度是影響åŠå°Ž(dÇŽo)體器件å¯é 工作的é‡è¦å·¥ä½œåƒæ•¸(shù),在æ£å¸¸å·¥ä½œæº«åº¦èŒƒåœå…§(nèi),åŠå°Ž(dÇŽo)體器件的çµ(jié)溫æ¯ä¸Šå‡10K,器件失效概率以近2å€çš„速率上å‡ï¼Œ
ç„¡(wú)底æ¿IGBT模塊近來(lái)在å°åŠŸçŽ‡è®Šé »å™¨ä¸Šç²å¾—了廣泛的應(yÄ«ng)用。由于陶瓷覆銅基æ¿ç›´æŽ¥èˆ‡æ•£ç†±å™¨è¡¨é¢æŽ¥è§¸ï¼ŒåŠŸçŽ‡æ¨¡å¡Šçš„å°ºå¯¸ç·Šæ¹Šï¼ŒåŠŸçŽ‡èŠ¯ç‰‡ç™¼(fÄ)熱集ä¸ï¼Œå› æ¤ï¼Œå¦‚何有效é™ä½ŽèŠ¯ç‰‡çš„å·¥ä½œçµ(jié)溫,å°(duì)æé«˜å°åŠŸçŽ‡è®Šé »å™¨çš„ä½¿ç”¨å£½å‘½å’Œå¯é 性å分é‡è¦ã€‚
數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fÄ)展,使得很多工程技術(shù)å•(wèn)題å¯ä»¥è¢«è¨ˆ(jì)算機(jÄ«)很好地解決,數(shù)值計(jì)算技術(shù)的優(yÅu)點(diÇŽn)在于å¯ä»¥ç›´è§€ã€é«˜æ•ˆåœ°é©—(yà n)è‰è¨(shè)計(jì)是å¦ç¬¦åˆè¦æ±‚,尋找è¨(shè)計(jì)åƒæ•¸(shù)與目標(biÄo)åƒæ•¸(shù)之間的關(guÄn)系。本文利用商æ¥(yè)數(shù)值計(jì)算軟件,å°(duì)IGBTæ¨¡å¡Šè®Šé »å™¨é¢¨(fÄ“ng)冷進(jìn)行了系統(tÇ’ng)ç´š(jÃ)熱分æžï¼Œå°‹æ‰¾æ”¹é€²(jìn)IGBTæ¨¡å¡Šè®Šé »å™¨é¢¨(fÄ“ng)冷è¨(shè)計(jì)的改進(jìn)方法。
本文的計(jì)算平臺(tái)為1.5kW風(fÄ“ng)å†·è®Šé »å™¨ï¼Œåœ¨è¨ˆ(jì)ç®—ä¸ï¼Œä¿æŒæ•£ç†±å™¨çš„尺寸ä¸è®Šï¼Œé€šéŽ(guò)比較了兩種1200V-15A模塊和ä¸åŒå®‰æ”¾æ–¹å¼å°(duì)散熱效果的影響,得到IGBT模塊在散熱器上的最優(yÅu)安放方å¼ï¼Œå¹¶æ¯”較了æ£å¸¸å·¥æ³ä¸‹èŠ¯ç‰‡çµ(jié)溫的差異。
計(jì)算模型
1散熱器
本文計(jì)算采用的散熱器是1.5kWè®Šé »å™¨æ‰€é‡‡ç”¨çš„ç¿…ç‰‡é¢¨(fÄ“ng)冷散熱器,æè³ª(zhì)為é‹ï¼Œé•·(zhÇŽng)112mm,寬97mm,散熱片高50mmï¼Œæ ¹éƒ¨åŽš2.75mm,尖部厚2mm,散熱片間è·9.18mm,共計(jì)10個(gè)散熱片。
2IGBT模塊
本文計(jì)算了兩種ä¸åŒå°è£å°ºå¯¸çš„IGBT模塊,分別為48mm*34mm(EasyPIM1)ã€67mm*39mm(A1),其ä¸EasyPIM1是通用型IGBT模塊,A1模塊為改進(jìn)è¨(shè)計(jì)的模塊,兩種模塊å‡ç‚ºç„¡(wú)éŠ…åº•æ¿æ¨¡å¡Šï¼Œæ¨¡å¡Šé›»è·¯çµ(jié)æ§‹(gòu)å‡ç‚º7單元電路,包å«äº†äºŒæ¥µç®¡æ•´æµæ©‹ã€åˆ¶å‹•(dòng)和三相逆變?nèi)ç®èž‚å¨ç½šçGBT模塊被安放在散熱器的ä¸éƒ¨ã€‚模塊DBC(直接敷銅基æ¿ï¼‰ç›´æŽ¥å®‰æ”¾åœ¨ç¿…片散熱器上,DBC下銅層與散熱器之間涂抹了導(dÇŽo)ç†±ç¡…è„‚ï¼Œä»¥å¡«å……å…©è€…ä¹‹é–“çš„æ°£éš™ï¼Œæ¸›å°æŽ¥è§¸ç†±é˜»ã€‚DBCæ¿ç”±ä¸‰å±¤ææ–™çµ„æˆï¼Œä¸é–“是氧化é‹çµ•緣陶瓷,上下兩層是覆銅層,其ä¸ä¸€å´(cè)çš„è¦†éŠ…å±¤è¢«åˆ¶é€ å‡ºä¸€å®šçš„åœ–å½¢ï¼Œä»¥å¯¦(shÃ)ç¾(xià n)模塊芯片之間的電路互è¯(lián)。
3邊界æ¢ä»¶èˆ‡ææ–™
æœ¬æ–‡ä¸æ¨¡å¡Šçš„æ¨¡æ“¬å·¥ä½œæ¢ä»¶ç‚º1200V,工作電æµ5Aï¼Œå·¥ä½œé »çŽ‡ç‚º16kHz,由于芯片的發(fÄ)熱層很薄,å‡å‹»ç™¼(fÄ)ç†±ï¼Œå› æ¤å°‡èŠ¯ç‰‡è¡¨é¢è¨(shè)為第二類邊界æ¢ä»¶ï¼Œå…¶ç¸½ç†±æµé‡ç‰äºŽèŠ¯ç‰‡æè€—,由模塊數(shù)據(jù)手冊(cè)查得模塊所用IGBT芯片的5A時(shÃ)的通態(tà i)壓é™ç‚º1.2V,開通æè€—為0.6mJ,關(guÄn)æ–·æè€—為0.5mJ,æé…的續(xù)æµäºŒæ¥µç®¡é›»æµç‚º5A時(shÃ)的通態(tà i)壓é™ç‚º1.25V,開關(guÄn)æ¢å¾©(fù)æè€—為0.48mJ,å‡å®šå·¥ä½œæ™‚(shÃ),IGBTçš„å 空比為0.8,F(xià n)WDçš„å 空比為0.2ï¼Œæ•´æµæ©‹èŠ¯ç‰‡çš„é€šæ…‹(tà i)電壓為0.8Vï¼ŒåŠŸçŽ‡å› æ•¸(shù)為0.8ã€‚æ ¹æ“š(jù)芯片æè€—å…¬å¼ï¼Œï¼Œè¨ˆ(jì)算得到IGBT芯片ã€FWDèŠ¯ç‰‡å’Œæ•´æµæ©‹äºŒæ¥µç®¡çš„æè€—分別為22.4Wã€8.93Wå’Œ0.61W。
散熱器的強(qiáng)è¿«å†·å»æ°£æµç”±è»¸æµé¢¨(fÄ“ng)扇æä¾›ï¼Œæœ¬æ–‡ç‚ºäº†ç°¡(jiÇŽn)化分æžï¼Œå°‡å…¶ç°¡(jiÇŽn)化æˆé€Ÿåº¦æµé‡é€²(jìn)å£ï¼Œæ–¹å‘垂直于進(jìn)壿ˆªé¢ã€‚æ ¹æ“š(jù)風(fÄ“ng)扇說(shuÅ)明書查得風(fÄ“ng)扇的最大æµé‡ç‚º0.78m3/minï¼Œæœ¬æ–‡é¸æ“‡é¢¨(fÄ“ng)扇的工作æµé‡ç‚º0.6m3/minï¼Œè®Šé »å™¨é€²(jìn)å£é¢ç©ç‚º65×50mm2,計(jì)ç®—å¾—åˆ°å†·å»æ°£æµé€²(jìn)壿µé€Ÿç‚º3m/sï¼Œå†·å»æ°£æµé€²(jìn)壿º«åº¦è¨(shè)置為300K,由于空氣在æµå‹•(dòng)éŽ(guò)程ä¸å£“力變化很å°ï¼Œå› æ¤æœ¬æ–‡å°‡å†·å»æ°£é«”ç†æƒ³åŒ–為ä¸å¯å£“ç†æƒ³æ°£é«”,æ“作壓力è¨(shè)為一個(gè)大氣壓,å³101325Pa,æµå‹•(dòng)計(jì)ç®—é¸æ“‡æ¹æµæ¨¡åž‹ï¼Œè®Šé »å™¨å†·å»æ°£æµå‡ºå£è¨(shè)為壓力出å£ï¼Œå…¶èƒŒå£“為大氣壓力,å³è¡¨å£“為0。計(jì)算的邊界æ¢ä»¶å¦‚圖1所示。
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