優化熱分布

　　下文著眼于三相400a、600v逆變器模塊中igbt和續流二極管的定位。在有基板模塊情況下，每個半導體開關用了兩個200a的igbt和兩個200a的續流二極管，如圖2所示。因此，一個完整相包括四個igbt和四個續流二極管。用于無基板模塊的優化排列是每個開關有四個100a的igbt和兩個200a的續流二極管（每相有八個igbt和四個續流二極管）。這意味著，無基板三相模塊的基區面積比有基板模塊的約大10%左右。

　　相比之下，帶有8個100aigbt和2個續流二極管的無基板skim模塊的布局為優化熱分布和散熱采用了面積較大的dbc陶瓷基板。逆變器運行時，產生導通和開關損耗，這意味著功率半導體成為一個本地熱源。在三維有限元計算的幫助下，可以計算出任何給定運行狀態下逆變器模塊和散熱器中的熱傳播，如圖3所示。例如，當混合動力或電動車輛加速時，大部分功率損失是產生在igbt上的，而續流二極管承受較低的負載。

　　負載條件：電池電壓=350v、輸出電流=250a、輸出電壓=220v、輸出頻率=50hz、開關頻率=12khz，相位角cosf=0.85，冷卻介質溫度=70℃。這就是為什么在熱成像圖中，igbt的位置呈現為一個強烈的熱源。在有基板模塊情況下，熱量集中在三相配置的中心。由于半導體緊密的定位和相間的短距離，igbt的溫度在這一點是最高的。雖然在此運行狀態下，續流二極管只承受中等的負載，igbt導致模塊中心的續流二極管顯著升溫。相比之下，逆變器模塊邊緣的二極管溫度要低15℃。盡管有底板，逆變器模塊邊緣區域的功率半導體模塊的溫度要遠遠低于模塊中心的，最終導致三相的非均勻熱分布：中間相igbt的平均熱負載幾乎比邊上兩相的igbt的平均溫度高10℃。igbt溫度的最高值和最低值相差超過20℃。中間相限制了整個逆變器模塊的可用電功率。這會有兩個后果：一方面，不得不選擇冷卻條件和負載，這樣中心dbc基板的溫度不至于過高；另一方面，溫度傳導的損傷機理對中間相有較強的影響。這意味著為逆變器功率電路的設計工程師應始終把中間相的溫度因素包括進去。

　　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的設計。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。