变频器中的igbt模块损耗计算及散热系统设计

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1、2009年3月电工技术学报Vol.24No.3第24卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMar.2009变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计胡建辉李锦庚邹继斌谭久彬（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001）摘要提出了一种设计变频器散热系统的实用方法，建立了比较准确且实用的变频器中IGBT（绝缘栅型双极晶体管）模块的通态损耗和开关损耗的计算方法，考虑了温度对各种损耗的影响，采用热阻等效电路法推导得出了散热器及功率器件各点温度的

2、计算公式，并给出了散热器热阻的实用计算公式。在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统，计算结果与试验结果的对比，验证了该设计方法的合理性与实用性。关键词：变频器损耗热阻散热系统中图分类号：TM465LossesCalculationofIGBTModuleandHeatDissipationSystemDesignofInvertersHuJianhuiLiJingengZouJibinTanJiubin（HarbinInstituteofTechnologyHarbin150001China）Ab

3、stractApracticalmethodtodesigntheheatdissipationsystemoftheinverterispresented.Byconsideringtheeffectofjunctiontemperatureonthelosses,theconductinglossesandtheswitchinglossesoftheIGBTmoduleusedintheinverterarecalculated.Aheatresistanceequivalentcircuito

4、ftheheatdissipationsystemispresented;apracticalformulatocalculatetheheatresistanceofheatdissipationsystemisobtained,andthetemperaturecalculationformulasoftheIGBTmoduleandheatdissipationsystemisderived.Aheatdissipationsystemfortheinverterusingforced-air-

5、coolisdesigned.Themeasuredlossesandtemperaturesaregiven,thecalculatedresultsandtheexperimentresultsverifythevalidityandpracticabilityofthepresenteddesignmethodofheatdissipationsystem.Keywords：Inverter,loss,heatresistance,heatdissipationsystem热方式一般有自然冷却、

6、强迫风冷、油冷和水冷四1引言种。强制风冷的散热效果是自然风冷的5～10倍，近年来，随着大功率电力电子器件的发展，变油冷或水冷的散热效果是自然冷却的120～150倍。频器的容量得到迅速提高，其散热系统设计已成为从结构的复杂性和实现的难易程度来看，强制风冷一个关键问题。实际经验表明，变频器散热系统设比水冷有着结构简单，实现容易和可靠性高等优点，计的好坏，直接影响到变频器能否安全稳定的长时因此功率在数百瓦到数百千瓦之间的变频器主要采间工作。变频器发热的绝大部分是由功率器件的损用强制风冷进行散热。[1-5]耗

7、引起，而功率器件本身对温度比较敏感，温度的目前对变频器散热系统已有一些研究，文献变化会影响器件的开通和关断过程，并影响变频器[1]在计算IGBT通态损耗和开关损耗时忽略了结温的工作性能。为了限制功率器件的温升，常见的散对损耗的影响，造成了一定的误差。文献[2]在分析散热系统热阻等效电路时，认为IGBT与快恢复二极管（FWD）结温相同，从而使热阻等效电路有着收稿日期2008-03-30改稿日期2008-07-28160电工技术学报2009年3月较大的偏差。文献[3]利用PSPICE软件仿真计算际电压之间

8、的相角。IGBT损耗时，需要建立较为准确的IGBT模型，同给定PWM方法的占空比ξ为时需要编程求解，较为繁琐，且结果误差较大，实1c+Mosθξ=（5）用性不强。2本文针对采用IGBT的变频器，提出了一种式中，M为PWM的调制度（相电压峰值除以1/2IGBT模块损耗计算的实用方法，并考虑了温度对桥臂直流电压）。在恒定的频率下，占空比可以简化各种损耗带来的影响，利用热阻等效电路，推导得表示为相角θ的函数。出了散热系统各点温度的实用计算公式，在此基础根据式（