ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.12
УДК 681.518.3
Исследование теплоэлектрических процессов в силовых модулях
В. И. Смирнов 1,2, В. А. Сергеев 1,2, А. А. Гавриков 1, А. А. Куликов 1
1 Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, 432071, Ульяновск, ул. Гончарова д.48/2
2 Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32
Статья поступила в редакцию 10 декабря 2020 г.
Аннотация. Представлены результаты исследований теплофизических процессов в силовых модулях. Измерение теплового поля, создаваемого нагретыми кристаллами силового модуля при протекании через них греющего тока, показало равномерный характер распределения температуры в области монтажа кристаллов модуля. Это указывает на то, что процессы локализации тока, вызванные положительной тепловой обратной связью, компенсируются процессами теплообмена между кристаллами через плату DBC, обладающую высокой теплопроводностью. С помощью модуляционного метода проведены измерения теплового сопротивление «переход-корпус» силового модуля. При этом нагрев кристаллов модуля осуществлялся пропусканием ШИМ-импульсов греющего тока через антипараллельные диоды MOSFET-транзисторов модуля. Модуляционный метод позволил измерить тепловое сопротивление силового модуля, величина которого менее 0,1 К/Вт.
Ключевые слова: силовой модуль, MOSFET-транзистор, тепловое сопротивление, модуляционный метод, температурное поле, тепловизионная камера.
Abstract. The paper describes the results of investigation of thermophysical processes in power modules. Measuring the thermal field caused by dies heating due to flow of heating current shows uniform temperature distribution in the area of dies mount. This indicates that the processes of current localization caused by positive thermal feedback are compensated by the processes of heat transfer between the chips through the DBC board, which has a high thermal conductivity. The modulation method was used to measure the thermal resistance "junction-to-case" of the power module. In this case, the module dies were heated by PWM pulses of the heating current through the antiparallel diodes of the module MOSFETs. The modulation method allows to measure power module thermal resistance, which value is less than 0.1 K/W.
Keywords: power module, MOSFET, thermal resistance, modulation method, temperature field, thermal imaging camera.
Литература
1. Гавриков В., Солонин Д. Обзор силовых модулей SemiPowerex // Силовая электроника. – 2018. – №5. – С. 22–25.
2. Винтрих А., Бекедаль П. Нормирование теплового сопротивления IGBT: базовые принципы и некоторые особенности // Силовая электроника. – 2017. – №2. – С. 16–23.
3. Thermal Impedance Measurements for Vertical Power MOSFETs (Delta Source-Drain Voltage Method). JEDEC JESD24-3 standard.
4. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. – М. : ГУП НПП Пульсар, 1997. – 110 с.
5. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Шорин А.М. Измерение теплового импеданса мощных транзисторов // Радиотехника. – 2017. – №6. – С. 83–90.
6. Сергеев В.А., Смирнов В.И., Гавриков А.А., Фролов И.В. Измерение теплового импеданса мощных светодиодов c применением широтно-импульсной модуляции мощности // Известия вузов. Электроника. – 2012. – № 3. – С. 64–68
7. Смирнов В.И., Гавриков А.А., Шорин А.М. Метод измерения компонент теплового сопротивления полупроводниковых приборов и его практическая реализация // Автоматизация процессов управления. – 2017. – № 2. – С. 98–105.
8. Plesz B., Ress S., Szabo P.G., Hantos G. and Dudola D. Issues of Thermal Transient Testing on Photovoltaic Modules // 20th International Workshop on Thermal investigations of IC’s and Systems. Greenwich, London, 2014, 24-26 September.
9. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Куликов А.А. Особенности токораспределения в солнечных элементах при измерении теплового сопротивления в диодном режиме // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – №5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.11.
10. Пастухов В. Современные российские силовые модули // Современная электроника. – 2006. – № 8. – С. 22–23.
Для цитирования:
Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Куликов А.А. Исследование теплоэлектрических процессов в силовых модулях. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.12