利用管壳温度精确计算功率器件结温的工程方法

"本文主要探讨了一种通过测量管壳表面温度来估算半导体器件，特别是分立IGBT和二极管的结温的方法。作者指出，结温是衡量这些器件性能和寿命的关键指标，但直接测量结温在实际应用中极具挑战性。因此，他们提出了一种基于管壳表面温度的计算方法，考虑了封装类型（如TO220、TO220 full-pak和TO247）和芯片面积等影响因素，以提高估算的准确性。 文章首先介绍了传统估算方法的不足，即简单地认为管壳温度与结温之间存在固定的温差，这忽略了各种参数的影响。然后，通过使用有限元仿真软件ANSYS建立3D模型，模拟了不同封装和安装条件下的温度分布，以确定更精确的温差关系。仿真结果展示了不同封装类型的芯片表面温度分布，如SKW25N120芯片和TO247封装。 在仿真过程中，边界条件被设定为管壳和底板非等温，而周围环境（散热器）等温。通过对管壳温度Tc（底板最热点温度）和管壳表面温度TMC（管壳表面最热点温度）的分析，研究人员得出了一套计算结温的完整方法。这种方法对于设计工程师来说，提供了更可靠的方式来估算器件的近似结温，从而优化热管理策略，确保器件在工作中的稳定性和可靠性。 该研究提供了一个实用的工具，通过测量容易获取的管壳表面温度，结合器件的特定参数，可以计算出更接近实际的结温，这对于功率电子设备的设计和故障预防具有重要意义。"