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¿Qué es la gestión térmica de IGBT?
El módulo IGBT es un dispositivo de potencia con las ventajas de un bajo voltaje de conducción, una gran capacidad de manejo de potencia y una alta frecuencia de conmutación.Pero tampoco se puede separar de las propiedades térmicas.Los puntos débiles de los módulos semiconductores de potencia son la sobretensión y el sobrecalentamiento.Si este calor no se gestiona de forma eficaz, puede provocar fallos en el equipo, reducción de la eficiencia y acortamiento de la vida útil.Sólo diseñando con precisión las características térmicas de los dispositivos y sistemas se puede garantizar el funcionamiento fiable a largo plazo del dispositivo y aprovechar plenamente su potencial. Esta es la gestión térmica de los IGBT.
La continua miniaturización y el rápido aumento de las potencias nominales de los IGBT tienen flujos de calor significativamente altos, que requieren una gestión térmica compleja.
Tendencia técnica y empresarial
Para los módulos, la tecnología de disipación de calor IGBT gira principalmente en torno al empaquetado y las iteraciones de conexión.La tecnología de conexión y empaquetado de módulos siempre gira en torno a la optimización continua de sustratos, placas DBC, soldadura, líneas de encuadernación y estructuras de disipación de calor.
Método de conexión entre chips: alambre/tira de aluminio → alambre de cobre → conexión plana
Estructura de disipación de calor: disipación de calor indirecta de un solo lado → refrigeración por agua directa de un solo lado → estructura de refrigeración por agua de doble cara.
Tablero y sustrato DBC: iteración del material, de A1203 → AIN → Si3N4, el material del sustrato se iterará de Cu a A1SiC.
Solución de gestión térmica IGBT de Walmate
Refrigeración por aire
La refrigeración por aire incluye refrigeración natural y refrigeración por aire forzado.
El mecanismo de enfriamiento natural es:
Durante el proceso de trabajo, la temperatura del componente aumentará, lo que dará como resultado una diferencia de temperatura entre el componente y el entorno, por lo que el componente y el entorno comenzarán a intercambiar calor espontáneamente.Este proceso se puede llevar a cabo de forma espontánea sin necesidad de energía ni potencia adicional. El método de enfriamiento natural no requiere el diseño de equipos auxiliares de enfriamiento y depende directamente del enfriamiento por aire con una temperatura externa más baja. Por lo tanto, consume menos energía y tiene una alta confiabilidad. y tiene poco ruido.Sin embargo, esta solución es limitada en escenarios de disipación de calor de alta potencia.
El mecanismo de enfriamiento por aire forzado es:
Con la ayuda de equipos auxiliares externos (como ventiladores), el aire alrededor de la fuente de calor se fuerza a producir convección forzada, eliminando así el calor generado por los componentes.La ventaja del método de enfriamiento por aire forzado es que el equipo de disipación de calor es simple y práctico, y el precio de fabricación es bajo. Actualmente es un método de enfriamiento que se usa ampliamente en el enfriamiento de convertidores de energía eólica.Sin embargo, esta solución está limitada en escenarios de disipación de calor de alta potencia y bajo nivel de ruido.
Refrigeración líquida
Refrigeración líquida indirecta:
La refrigeración líquida indirecta significa que los componentes calefactores y el refrigerante no entran en contacto directo con la transferencia de calor, sino que utilizan una "placa fría" para intercambiar calor indirectamente.La refrigeración líquida indirecta tiene muchas ventajas obvias, como equipo simple, estructura compacta, fácil mantenimiento, ausencia de contaminación en el módulo IGBT del convertidor y poco ruido generado durante el funcionamiento.
Refrigeración por tubo de calor
El heatpipe es un componente eficiente de intercambio de calor. Su mecanismo de funcionamiento es:
El medio de trabajo se llena dentro de la carcasa del tubo cerrado y el medio intercambiará calor absorbiendo y liberando calor durante el proceso de cambio de fase.Los tubos de calor están hechos de materiales con una alta conductividad térmica, por lo que se les llama superconductores. En comparación con los conductores metálicos con buena conductividad térmica, la conductividad térmica de los tubos de calor es casi cien veces mayor que la de estos últimos.
Las ventajas de los heatpipes incluyen:
Buena conductividad térmica, excelentes propiedades isotérmicas y adaptabilidad ambiental.Sin embargo, generalmente se usa en situaciones donde se requiere transferencia de calor a larga distancia o igualación de temperatura, y es difícil cumplir con los requisitos de disipación de calor de los convertidores de energía eólica de alta potencia.
Principio de funcionamiento
de disipación de calor IGBT
de disipación de calor IGBT
Conducción de calor y radiación de calor
Cuando funcionan los dispositivos de potencia IGBT, se genera una gran cantidad de calor debido a las pérdidas de estado de conducción y de conmutación.La ruta de disipación de calor de arriba a abajo es: chip → laminado cerámico revestido de cobre → sustrato → disipador de calor.Finalmente, con enfriamiento activo o pasivo, el disipador de calor y el aire eliminan el calor mediante convección y transferencia de calor por radiación.
Optimización de la resistencia térmica
Existe resistencia térmica en todo el proceso de conducción, que es el factor principal que afecta la disipación de calor de los módulos de potencia IGBT.Para mejorar el efecto de disipación de calor, el método más importante es reducir la resistencia térmica.
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