中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

碳化硅(SiC)功率器件在電動(dòng)汽車(chē)牽引逆變器應(yīng)用中需求旺盛。其更低的損耗和更高的功率密度可提升系統(tǒng)性能，例如延長(zhǎng)續(xù)航里程、縮小電池體積，并簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然而，更高的功率密度也使得功率模塊的熱管理成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

本文總結(jié)了上海海事大學(xué)張艷教授近期開(kāi)展的研究工作，該研究構(gòu)建了碳化硅功率模塊的熱阻抗模型。結(jié)合器件損耗估算，該模型可用于計(jì)算實(shí)際工況下的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)溫。

結(jié)溫估算的重要性

相較于硅基IGBT器件，SiC MOSFET在部分負(fù)載工況下效率更高——而這正是電動(dòng)汽車(chē)主要的駕駛場(chǎng)景。SiC器件優(yōu)異的導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)品質(zhì)因數(shù)使其在相同功率下可采用更小尺寸的芯片。

盡管SiC材料的熱導(dǎo)率優(yōu)于硅，有利于簡(jiǎn)化散熱設(shè)計(jì)，但在電動(dòng)汽車(chē)牽引逆變器的實(shí)際運(yùn)行條件下，高瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)溫仍可能帶來(lái)可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

除少數(shù)例外，SiC MOSFET的通態(tài)電阻RDS(on)對(duì)溫度的依賴性通常強(qiáng)于硅基IGBT的正向壓降。此外，SiC的楊氏模量(表征材料剛度)約為硅的3倍。這意味著在功率循環(huán)過(guò)程中，模塊經(jīng)歷反復(fù)溫度變化時(shí)，封裝結(jié)構(gòu)與界面將承受更大的機(jī)械應(yīng)力。

SiC具有更高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，因此在相同電壓等級(jí)下可使用更薄的漂移區(qū)。雖然這有助于降低導(dǎo)通損耗，但也減小了芯片的熱容，導(dǎo)致溫度上升速度更快。因此，準(zhǔn)確估算器件結(jié)溫，以設(shè)置足夠的安全裕量(guard band)，防止熱失效，顯得尤為重要。

汽車(chē)用SiC功率模塊的結(jié)溫估算方法可分為四類(lèi)：

接觸式測(cè)量(如使用熱敏電阻)

光學(xué)測(cè)量(如紅外熱像儀)

基于溫度敏感電參數(shù)(TSEP)的間接測(cè)量，如RDS(on)

基于熱阻抗模型，并結(jié)合應(yīng)用中功率轉(zhuǎn)換器的損耗數(shù)據(jù)

熱阻抗模型的建立

本研究針對(duì)驅(qū)動(dòng)三相永磁同步電機(jī)的SiC功率模塊進(jìn)行了仿真。每相采用半橋結(jié)構(gòu)，其中八個(gè)SiC MOSFET并聯(lián)以提升電流能力。

在母線電壓800V、相電流640A、開(kāi)關(guān)頻率8kHz、冷卻液溫度45℃的工況下，估算了導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)損耗。正向與反向?qū)〒p耗分別取決于RDS(on)和VDS(rev)，而這兩者均受偏置條件與結(jié)溫影響。開(kāi)關(guān)損耗包含MOSFET的開(kāi)通與關(guān)斷損耗，體二極管的反向恢復(fù)損耗較小，予以忽略。

如圖1所示，研究建立了四階福斯特(Foster)模型，用于擬合從SiC MOSFET芯片到模塊內(nèi)部負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)之間的熱阻抗路徑。圖中，Rthi與Cthi(i=1～4)分別為各階的熱阻與熱容，Tj為結(jié)溫，Ploss為凈功率損耗，Tm為測(cè)試點(diǎn)溫度。

圖1：SiC 功率模塊的四階熱阻抗模型拓?fù)洹?來(lái)源：張艷，2024)

福斯特模型的輸出為熱阻抗(Zth)?；趫D2所示參數(shù)，研究利用包含直接鍵合銅(DBC)、焊料、陶瓷襯底與底板的功率模塊結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了三維CAD模型。采用Icepak軟件中的高級(jí)網(wǎng)格劃分工具進(jìn)行網(wǎng)格生成。模型中的各層結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)自對(duì)實(shí)際功率模塊樣品的拆解分析。

圖2：功率模塊組件的熱參數(shù)。(來(lái)源：張艷，2024)

仿真獲得的瞬態(tài)熱阻抗曲線如圖3所示。隨后進(jìn)行參數(shù)提取，并通過(guò)擬合四階RC網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，建立熱阻抗模型。芯片的熱阻抗相對(duì)于其損耗保持相對(duì)恒定，因此可以使用熱阻的平均值。

圖3：功率模塊瞬態(tài)熱阻抗曲線模型。(來(lái)源：張艷，2024)

結(jié)合SVPWM調(diào)制下三相逆變器的損耗模型與上述熱阻抗模型，可計(jì)算各橋臂的結(jié)溫。由此得到的瞬時(shí)最大結(jié)溫變化如圖4所示。

圖4：最大結(jié)溫變化曲線。(來(lái)源：張艷，2024)

當(dāng)芯片產(chǎn)熱與外部散熱達(dá)到熱平衡后，開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的最高結(jié)溫趨于穩(wěn)定。為驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，研究搭建了三相電機(jī)測(cè)試平臺(tái)，并使用紅外熱像儀測(cè)量實(shí)際最高溫度。結(jié)果顯示，模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值偏差約5℃，該誤差可通過(guò)校準(zhǔn)消除。

結(jié)論

為SiC逆變器功率模塊建立經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的熱阻抗模型，使設(shè)計(jì)人員能夠在實(shí)際工況下評(píng)估其熱性能?；谠撃Ｐ偷姆抡娼Y(jié)果，可優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)。該方法還可與實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，進(jìn)一步納入器件老化效應(yīng)的影響，實(shí)現(xiàn)全生命周期的熱可靠性管理。