用于混合動力和電力驅(qū)動的逆變器

　　在無基板skim模塊中，熱分布要均勻得多：這里，igbt的位置也呈現(xiàn)為一個強烈的熱源。然而，由于熱損耗分布在幾個位置上，dcb基板之間的距離更大，擁有更多的空間用于散熱。所產(chǎn)生的損耗可有效地消散，減少igbt和二極管之間的相互加熱。最佳散熱也確保在不同相上的均勻負載分布：功率逆變器三相間的igbt和二極管溫度是均勻的，所有三相的igbt平均溫度幾乎是相同的。igbt之間的最大溫差不超過10℃。負載分布均勻，使可用的制冷功率得到最佳利用，從而有利于整個系統(tǒng)的設(shè)計。除此之外，每個絕緣dbc陶瓷基板上的溫度傳感器允許每相單獨評估，提供了額外的對運行溫度進行控制的可能性。


　溫度與使用壽命

　　對于運行中逆變器的實際熱負載，時變負載必須加以考慮。混合動力或電動汽車實際運行過程中，出現(xiàn)不同的負載狀態(tài)：車輛加速過程中，igbt處于特別高的負載下，而減速過程中，進行能量回收，電機的電池重新充電，這時續(xù)流二極管處于最大負載下。為了描述逆變器模塊的時變升溫，也必須研究功率模塊在0.1s～30s負載循環(huán)下的行為。對于兩種配置，igbt的時變熱阻都按照負載脈沖的寬度增加，如圖4所示。熱量開始從功率半導體沿著散熱器的方向流動、擴散，導致整個模塊升溫。如果負載脈沖持續(xù)時間超過30s，模塊將被充分加熱，熱阻不再增加。

　　時變熱阻值現(xiàn)在可用來計算運行過程中半導體開關(guān)和閥上的熱負載。要做到這一點，現(xiàn)實的負載周期，正如實際應用中會出現(xiàn)的那樣，被用來模擬典型負載狀態(tài)和負載脈沖寬度。讓我們以混合動力汽車驅(qū)動周期為例，如圖5所示。在最初的啟動和加速階段，能量來自電池并送入電機。在這些加速度階段，輸出功率可達到60kw。igbt的溫度按照逆變器的輸出升高到95℃。在恒速階段只需很少的逆變功率，半導體的溫度再次下降。在減速階段，目標盡可能多地回收能量并反饋給電池。此時，igbt和二極管的功耗大致相同，而熱量耗散正處于最高值，igbt的溫度達到近110℃。

　　igbt的最大溫升dt=40℃。從模塊使用壽命方面來說，這相當于600萬次負載循環(huán)，如圖6所示?？梢钥闯?，均勻的溫度分布對于逆變器使用壽命和設(shè)計來說是多么的重要，如果溫度再升高10℃－dt=50℃可能的負載循環(huán)次數(shù)將降低3倍至200萬次。為便于使用壽命設(shè)計和半導體的最佳利用，損耗的均勻分布是絕對必要的。

　　均勻的溫度分布是必須的。10℃的溫升使負載循環(huán)數(shù)降低3倍，20℃的溫升能夠使使用壽命縮短6倍。

　　總結(jié)

　　無基板燒結(jié)模塊提供了一系列增強混合動力和電動汽車逆變器模塊可靠性的可能性，由基板所導致的焊接和膨脹等不利因素被消除了。優(yōu)化了的布局保證了運行期間整個功率半導體在很大程度上溫度的均勻分布。這意味著，在預期使用壽命計算中可以平等地考慮三相，從而便于逆變器的設(shè)計。逆變器的可靠性得到了明顯的改善，即使是在相當大的主動和被動溫度波動下。許多不同的無基板燒結(jié)模塊應用證實了這一點，例如電動汽車和公用車輛中的動力系統(tǒng)以及諸如賽車等要求苛刻的應用。