摘 要： 對(duì)高空飛行器供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在特定負(fù)載狀態(tài)下的IGBT模塊結(jié)溫特性進(jìn)行研究。高空飛行器對(duì)供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高功率密度要求高及環(huán)境散熱條件差的狀況，使得其關(guān)鍵部件IGBT模塊在功率裕量與結(jié)溫控制方面更為嚴(yán)格。根據(jù)負(fù)載特性精確計(jì)算結(jié)溫，對(duì)于在特定散熱條件下系統(tǒng)的可靠運(yùn)行非常重要。運(yùn)用非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的Foster集總參數(shù)法，分析IGBT模塊點(diǎn)熱源特性及其他熱源對(duì)計(jì)算影響，建立一種含校正系數(shù)的熱網(wǎng)絡(luò)模型，并在短時(shí)脈沖過載及輸出低頻兩種特有狀態(tài)下，對(duì)IGBT模塊的結(jié)溫特性進(jìn)行分析。通過對(duì)高空飛行器飛行過程中IGBT模塊結(jié)溫特性的計(jì)算，結(jié)合仿真軟件Semisel的對(duì)比分析，驗(yàn)證了建模和分析本文所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞： IGBT； 短時(shí)脈沖過載； 輸出低頻； 結(jié)溫特性

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）01?0123?04

0 引 言

高空飛行器在臨近空間快速飛行時(shí)發(fā)熱大、散熱差，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)熱負(fù)荷壓力大，而且由于內(nèi)部留給供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的空間狹小，迫使系統(tǒng)中IGBT模塊的功率密度越來越高，導(dǎo)致模塊承受很高的熱應(yīng)力，最高結(jié)溫可能達(dá)到極限值。這直接影響IGBT模塊的壽命及系統(tǒng)可靠性。文獻(xiàn)[1]指出近60%的器件失效由溫度升高引起，在正常工作溫度范圍內(nèi)，溫度每上升10 ℃，器件失效概率以近2倍的速率上升。

相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)IGBT結(jié)溫進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[2]對(duì)在脈沖工作方式下，IGBT結(jié)溫進(jìn)行了相關(guān)研究；文獻(xiàn)[3]對(duì)變頻器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其IGBT模塊的平均結(jié)溫進(jìn)行了計(jì)算，這種方法對(duì)于功率密度較低、穩(wěn)定運(yùn)行的場(chǎng)合有著普遍的參考意義。與之不同的是，對(duì)于高空飛行器在其發(fā)射和飛行過程中，供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)工作在短時(shí)脈沖過載及輸出低頻特有運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)中IGBT模塊的最大結(jié)溫在短時(shí)間內(nèi)上升很大，結(jié)溫波動(dòng)范圍變化劇烈，導(dǎo)致IGBT性能衰減甚至損壞，這種情況下不宜采用結(jié)溫平均計(jì)算法。因此，本文對(duì)高空飛行器整個(gè)飛行過程中，供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)IGBT模塊結(jié)溫特性尤其是在短時(shí)脈沖過載、輸出低頻兩種特殊運(yùn)行狀態(tài)下模塊的結(jié)溫特性進(jìn)行了深入研究。

1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作特性分析

高空飛行器供油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作特性如圖1所示。