Тепловой импеданс силовых модулей: определение, измерение, моделирование

Тепловой импеданс – одна из важнейших характеристик силового модуля. Она позволяет установить значение максимального электротока при приложении импульсных нагрузок. Показатель необходим и для вычисления температурных перепадов в пределах нагрузочного цикла, что позволяет с высокой достоверностью спрогнозировать срок эксплуатации IGBT-модуля.

Определение показателя теплового импеданса

Для регистрации нагрева кристалла IGBT-модуля требуется измерить падение напряжения. Эта характеристика зависит от температуры на транзисторе. Измерение выполняют на транзисторе, параллельно пропуская небольшой объем тока после прогрева кристалла достаточно высоким нагрузочным током. Такая методика измерения входит в международный стандарт JEDEC.

Она же позволяет рассчитать тепловой импеданс, для чего необходимо выполнить замер температуры кристалла во время охлаждения. Полученная информация позволит выявить, как в нем распределяется нагрев с временной разверткой.

Также получить значение импеданса можно путем расчетов Z-методом. Для этого необходимы данные о трехмерном строении модуля и свойствах, входящих в него материалов. Это позволяет построить достоверную модель распределения температур в кристалле и вычислить средний показатель этой характеристики.

Компания «ИлПа Тех» является официальным поставщиком электрохимического оборудования, в том числе и оборудования для определения показателей теплового импеданса, Bio-Logic - https://ilpa-tech.ru/produktsiya/zondovye-skaniruyushchie-rabochie-stantsii

Особенности измерения и моделирования

При сравнении замеров и расчетных моделей далеко не всегда удается получить достаточное соответствие. Наиболее надежные результаты обычно дает модель Фостера. Но даже ее использование не всегда дает достаточное совпадение реального импеданса с расчетными показателями, особенно при наличии сильного изменения тепловых градиентов. Они образуются в многослойных структурах, имеющих различные характеристики между собой, так как в составе присутствуют кремний, медь, припой.

Также на точность моделирования и реальных замеров влияет наличие помех, длина импульсов поступающего тока, другие факторы. В ситуациях, когда модель Фостера не дает достоверных результатов, требуется использовать методику конечных элементов.

Зависимость срока службы от расхождений

Для расчета срока эксплуатации нужно провести реальные измерения теплового импеданса. Только так удастся обеспечить получение достаточно точного показателя. Особенно важно это при исследовании низкочастотных инверторов.

Учитывайте, что на точность экстраполяции могут отрицательно влиять шумы в измерительном сигнале, длительность импульсов и ряд других факторов, многие из которых не поддаются выявлению или носят случайный, эпизодический характер. Поэтому полученные на моделях сроки практически всегда излишне оптимистичны.

Заказать оборудование Bio-logic, в том числе сканирующие станции Bio-logic, вы можете в компании ИлПа Тех.