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一、 兩電平仿(fang)真(zhen)中的(de)Rthha的(de)定義與設(she)置

來源：英飛凌工業半導體

在(zai)兩電(dian)平逆變拓(tuo)撲中，每個(ge)Switch基本單元(yuan)為：T1+D1

兩電(dian)平舉例說明：3XFF600R12KE4 per Inverter

(FF600R12KE4)

62mm封裝的半(ban)橋(qiao)模(mo)塊如上，三個(ge)半(ban)橋(qiao)模(mo)塊置于散(san)熱(re)器(qi)，組成完整的三相逆變(bian)拓撲。假設每個(ge)模(mo)塊200W損耗，散(san)熱(re)器(qi)的溫(wen)升30℃，則散(san)熱(re)器(qi)總熱(re)阻為30℃/(200W*3)=0.05K/W。

散熱器總共(gong)包含了6個Switch基本(ben)單元(yuan)，因此IPOSIM中Rthha為：0.05*6=0.30K/W。

二、 三電平仿真中的Rthha的定(ding)義與設置

三(san)電平(ping)的(de)拓撲相對復雜一(yi)些，以常(chang)見的(de)三(san)種(zhong)拓撲NPC1、NPC2和ANPC為例(li)，分別進(jin)行說明：

在NPC1拓撲中(zhong)，每個Switch基本單元為(wei)：T1+D1+T2+D2+D5

在NPC2拓(tuo)撲中，每個Switch基本單(dan)元為：T1+D1+T2+D2

在ANPC拓撲中，每(mei)個Switch基本(ben)單(dan)元為：T1+D1+T2+D2+T5+D5

三電平NPC1舉例(li)說明：

3XF3L150R07W2E3_B11 per Inverter

(F3L150R07W2E3_B11) 

在中小功率(lv)的(de)三(san)(san)電平(ping)應用里(li)，1個模塊就能裝下三(san)(san)電平(ping)的(de)1個甚至3個橋臂(bei)。如Easy2B封裝的(de)三(san)(san)電平(ping)模塊F3L150R07W2E3_B11，模塊內(nei)為1個NPC1橋臂(bei)，3個模塊置(zhi)于散(san)熱(re)器上，組成完整的(de)三(san)(san)電平(ping)的(de)三(san)(san)相(xiang)逆(ni)變拓撲(pu)。假設每個Easy2B模塊損耗200W, 散(san)熱(re)器的(de)溫升30℃，則散(san)熱(re)器總熱(re)阻為：30℃/(200W*3)=0.05K/W。

散熱器總共包含(han)了6個Switch基本單元，因此IPOSIM中Rthha為(wei)：0.05*6=0.30K/W。

三(san)電平ANPC舉例說明：

3XFF600R12ME4_B72 per phase

(FF600R12ME4_B72)

在(zai)大功(gong)率(lv)的(de)三(san)電平應用(yong)里，往(wang)往(wang)需要多個(ge)(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)才能組(zu)成(cheng)1個(ge)(ge)三(san)電平橋(qiao)(qiao)臂，如EconoDual3?封裝的(de)半橋(qiao)(qiao)模(mo)(mo)塊(kuai)FF600R12ME4_B72，3個(ge)(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)組(zu)成(cheng)1個(ge)(ge)ANPC或NPC1的(de)橋(qiao)(qiao)臂，同樣3個(ge)(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)置于散(san)熱(re)(re)器(qi)上，只(zhi)是三(san)電平拓撲的(de)某一(yi)相。假設(she)3個(ge)(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)損耗一(yi)共1200W，散(san)熱(re)(re)器(qi)溫升(sheng)50℃，則散(san)熱(re)(re)器(qi)總(zong)熱(re)(re)阻為50℃/1200W=0.042K/W。

散(san)熱器只包(bao)含了2個Switch基本(ben)單(dan)元，因此IPOSIM中(zhong)Rthha為：0.042*2=0.084K/W。

三(san)、 變(bian)頻(pin)器PIM模塊仿真中的Rthha的定義與設置

在中(zhong)小(xiao)功率的變頻器(qi)應用里，常常會用到PIM模(mo)(mo)塊(包含(han)整流、制動和逆變)，如英飛(fei)凌最新IGBT7系列EasyPIM模(mo)(mo)塊FP25R12W2T7_B11。

如下圖所示(shi)，是基于有限元熱(re)仿(fang)真的(de)散熱(re)器表面溫(wen)度分布：環(huan)境溫(wen)度50℃，散熱(re)器表面最高溫(wen)度82.3℃，其中(zhong)每(mei)個整流二(er)極管(guan)RD的(de)損耗為3W，每(mei)個IGBT的(de)損耗為10W，每(mei)個FWD的(de)損耗為4W。

考慮到模塊內整(zheng)流(liu)部分(fen)和逆變部分(fen)的(de)相互影響，我們可分(fen)別計算逆變(Inv)和整(zheng)流(liu)(Rec)部分(fen)的(de)Switch對應(ying)的(de)散(san)熱器熱阻Rthha，其中：

PIM模塊逆變部分的散(san)熱器熱阻(zu)Rthha(Inv)=(82.3℃-50℃)/(10W+4W)=2.30K/W 

PS：如果按散熱(re)器總熱(re)阻X6去折算逆(ni)變部分的熱(re)阻，會存在低估(gu)的情況(kuang)：

散熱器(qi)總熱阻=

(82.3℃-50℃)/(6*10W+6*4W+6*3W)=0.317K/W，即0.317*6=1.90K/W，比上述的熱阻值2.30K/W偏低約(yue)18%。

四(si)、 散熱器(總)熱阻在不同(tong)工況下的(de)變(bian)化

散熱器的(de)熱阻并非定值(zhi)，而是會隨熱源(yuan)的(de)分(fen)布變化而變化。

在(zai)一些大功(gong)率三電平的(de)應(ying)用場(chang)合，一方(fang)面，各個模塊(kuai)之間(jian)的(de)損(sun)(sun)耗(hao)不同(tong)(tong)；同(tong)(tong)時，模塊(kuai)間(jian)損(sun)(sun)耗(hao)差異還會隨著工況(kuang)不同(tong)(tong)而(er)變(bian)化，因(yin)此，需要格外(wai)關(guan)注此時散熱器總(zong)熱阻的(de)變(bian)化情況(kuang)。如下，分(fen)別(bie)以常(chang)見白模塊(kuai)和黑模塊(kuai)三電平NPC1拓(tuo)撲為例，進行簡(jian)單的(de)分(fen)析。 

案例一

基于EconoDual?3白模塊NPC1三電(dian)平(ping)，在某(mou)種水冷(leng)條(tiao)件(jian)下，不(bu)同(tong)工況時的(de)散熱(re)器總熱(re)阻：

案例二

基于PrimePACK?3黑模塊NPC1三電平，在某種水冷條件下，不同工況時的散熱器總熱

因此，需考慮最惡劣工況下的熱(re)阻(zu)，或者在不同工況仿(fang)真(zhen)時(shi)，采取(qu)不同的散熱(re)器熱(re)阻(zu)應對，以獲得(de)更(geng)準(zhun)確的仿(fang)真(zhen)結(jie)果。

綜(zong)上(shang)所(suo)述，文章(zhang)總結了在IPOSIM中Rthha參數，在兩電(dian)平(ping)和(he)三(san)電(dian)平(ping)應用中的(de)(de)定義與設(she)置(zhi)，以及(ji)一(yi)些常見(jian)的(de)(de)問題，期(qi)望對大家(jia)如何正確選取(qu)Rthha進行準確的(de)(de)IPOSIM仿真(zhen)有所(suo)幫助。