IGBT 熱管理システム

新エネルギー車の販売増加傾向とチップ不足の現状に加え、将来の感染症流行動向の不確実性も相まって、IGBTの市場供給は依然比較的逼迫した状態にある。他のパワーデバイスと同様に、その効率的で安全かつ安定した動作を保証するために、IGBT モジュールの熱管理技術は新製品の設計と応用において最も重要なリンクです。

IGBTとは:

IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）はパワー半導体デバイスの一種です。中国名は「絶縁ゲートバイポーラトランジスタ」で、BJT（バイポーラ接合トランジスタ）とMOSFET（絶縁ゲート電界効果トランジスタ）から構成されます。 IGBTはエネルギー変換や電力制御の中核となるパワーデバイスであり、パワーエレクトロニクス業界では「CPU」と呼ばれています。

IGBT モジュールの熱管理:

ほとんどの IGBT パワー半導体モジュールの故障原因は熱に関連しています。そのため、IGBTの信頼性についても産学界で広く関心が持たれており、現在研究のホットスポットとなっている。 IGBT モジュールの熱管理方法は、内部熱管理と外部熱管理に分類できます。特定のアプリケーションでは、冷却システムと半導体デバイス基板間の熱容量が大きいため、ゆっくりと変化する温度のみを補償できるため、外部熱管理は低周波の接合部温度変動に適しています。急激な温度変化に対しては、システム内の温度に関連する電気的パラメータ、つまり内部の熱管理を調整して、ジャンクション温度に直接影響を与えることが考えられます。

内部熱管理:

内部熱管理の主なアイデアは、IGBT モジュールの損失を変更して、負荷電力の変動によって引き起こされるジャンクション温度の変動を平滑化することです。これまで学者たちは、スイッチング周波数、グリッド抵抗、デューティサイクル、周期的無効電力、電力ルーターの調整など、多くのアクティブな熱管理戦略を検討し、その実現可能性を理論的および実験的に証明してきました。

外部熱管理:

IGBT モジュールの外部熱管理方法は、主に周囲温度の変化を補償したり、平均ジャンクション温度を制御したりするために使用されますが、スムーズなジャンクション温度変化に関する研究は比較的少数です。

他のパワーデバイスと同様に、IGBT デバイスの安全で安定した動作を確保するには、効率的で安定した便利でコンパクトな冷却システムが IGBT デバイスの設計にとって非常に重要です。特に IGBT モジュールの電力密度の増加、過酷なアプリケーション環境、信頼性と寿命要件の向上に伴い、IGBT モジュールの熱設計と熱管理技術は、新製品の設計とアプリケーションにおいて最も重要なリンクとなっています。