Qu'est-ce que la gestion thermique des IGBT ?
Les modules IGBT sont des dispositifs de puissance qui offrent des avantages tels qu'une faible tension de commande, une grande capacité de traitement de la puissance et une haute fréquence de commutation. Cependant, il ne peut pas être séparé des caractéristiques thermiques. Les faiblesses des modules de semi-conducteurs de puissance sont la surtension et la surchauffe. Si cette chaleur n'est pas efficacement gérée, cela peut entraîner des pannes d'équipement, une réduction de l'efficacité et une durée de vie raccourcie. Ce n'est qu'en concevant avec précision les caractéristiques thermiques des dispositifs et des systèmes que nous pouvons garantir le fonctionnement fiable à long terme des dispositifs et pleinement exploiter leur potentiel. C'est cela, la gestion thermique des IGBT.
La miniaturisation continue des IGBT et l'augmentation rapide de la puissance nominale entraînent un flux thermique très élevé, ce qui nécessite une gestion thermique complexe.
Tendances technologiques et commerciales
Pour les modules, la technologie de refroidissement des IGBT se concentre principalement sur les itérations d'emballage et de connexions. La technologie d'emballage et de connexion des modules tourne toujours autour de l'optimisation continue des plaque de base, des cartes DBC, des soudures, des fils de liaison et des structures de dissipation de chaleur.
Connexion inter-puce : fil/strip en aluminium → fil en cuivre → connexion plate.
Structures de refroidissement : refroidissement indirect unilatéral → refroidissement liquide direct unilatéral → structure de refroidissement liquide bilatéral.
Carte DBC et substrat : l'itération des matériaux se fait de Al2O3 → AlN → Si3N4, avec un matériau de substrat à itérer de Cu à AlSiC.
Solutions de refroidissement
Walmate pour IGBT
Walmate pour IGBT
Refroidissement à air
Le refroidissement à air comprend deux types : le refroidissement naturel et le refroidissement à air forcé.
Le mécanisme du refroidissement naturel est: Pendant le fonctionnement, la température des composants augmente, créant un écart de température avec l'environnement. Ainsi, un échange de chaleur spontané commence entre les composants et leur environnement. Ce processus se déroule spontanément sans avoir besoin d'énergie ou de puissance supplémentaires. Le refroidissement naturel ne nécessite pas de concevoir des équipements de refroidissement auxiliaires, s'appuyant directement sur l'air extérieur à température plus basse pour refroidir. Par conséquent, il consomme peu d'énergie, est très fiable et génère peu de bruit. Cependant, cette solution est limitée dans des scénarios de dissipation de chaleur à haute puissance.
Le mécanisme du refroidissement à air forcé est : Avec l'aide d'équipements auxiliaires externes (comme des ventilateurs), l'air autour de la source de chaleur est mis en mouvement pour créer une convection forcée, permettant ainsi d'évacuer la chaleur générée par les composants. Les avantages du refroidissement à air forcé sont la simplicité et l'efficacité des équipements de dissipation thermique, ainsi que leur coût de fabrication bas, ce qui en fait une méthode de refroidissement couramment utilisée pour les convertisseurs éoliens. Cependant, cette solution est limitée dans des scénarios de dissipation de chaleur à haute puissance et à faible bruit.
Refroidissement liquide
Refroidissement liquide indirect: Le refroidissement liquide indirect fait référence à un mode d'échange thermique où les composants chauffants ne sont pas en contact direct avec le liquide de refroidissement, mais utilisent des "plaques froides" pour effectuer l'échange de chaleur de manière indirecte. Le refroidissement liquide indirect présente de nombreux avantages évidents, tels que la simplicité des équipements, une structure compacte, une maintenance facile, aucune pollution pour les modules IGBT des convertisseurs, et un faible niveau de bruit durant le fonctionnement.
Refroidissement par Caloduc
Un caloduc est un dispositif d'échange de chaleur efficace, et son mécanisme de fonctionnement est le suivant : À l'intérieur d'un tube scellé, un fluide de travail est contenu. Ce fluide échange de la chaleur à travers les processus d'absorption et de libération de chaleur lors des changements de phase. Les caloducs sont fabriqués à partir de matériaux à haute conductivité thermique, c'est pourquoi ils sont appelés supraconducteurs de chaleur. Comparé à de bons conducteurs thermiques comme les métaux, la conductivité thermique des caloducs peut être presque cent fois plus grande. Les avantages des caloducs incluent: Excellente conductivité thermique, propriétés isothermes exceptionnelles, adaptabilité environnementale. Cependant, ils sont généralement utilisés dans des applications nécessitant un transfert de chaleur à longue distance ou une uniformité de température, ce qui les rend moins adaptés aux exigences de refroidissement des convertisseurs éoliens à haute puissance.
Comment fonctionne
la dissipation thermique pour les IGBT
la dissipation thermique pour les IGBT
Conduction thermique et rayonnement thermique
Lorsque les dispositifs d'alimentation IGBT fonctionnent, une grande quantité de chaleur est générée en raison des pertes d'état de conduction et des pertes de commutation. Le chemin de dissipation thermique de haut en bas est le suivant : puce → stratifié recouvert de cuivre en céramique → substrat → dissipateur thermique. Enfin, avec un refroidissement actif ou passif, le dissipateur thermique et l’air éliminent la chaleur par transfert de chaleur par convection et rayonnement.
Optimisation de la résistance thermique
La résistance thermique est présente tout au long du processus de conduction, ce qui est le principal facteur affectant la dissipation thermique des modules de puissance IGBT. Pour améliorer l'effet de refroidissement, réduire la résistance thermique est la méthode la plus importante.
PRODUITS ET SERVICES
DISSIPATEUR THERMIQUE
PLAQUE DE REFROIDISSEMENT LIQUIDE
SERVICES À VALEUR AJOUTÉE
CAS D'APPLICATION ET CAS DE RÉUSSITE
