厦门配电箱为了使这些系统更具可比性，本项研究采取了一个适用于分歧冷却系统的、被称为HybridPACK的通用“根本功率模块”。在配置中采取了一套根基输入参数集，厦门配电箱例如行驶循环、厦门配电箱电机类型、甚至半导体的电气特性等。同时厦门配电箱，厦门配电箱为简化计较，厦门配电箱疏忽了分歧驾驶策略的影响。 　　在电力电子系统中，功率半导体模块温度及温度波动对靠得住性有较大厦门配电箱的影响。为此，厦门配电箱基于功率半导体模块的功率损耗计较和热仿真模型。开辟了一个程序来计较整个行驶循环期间的温度。 　　通过计较出从功率半导体模块至冷却系统的温度散布，可以评估出模块各部分受到的热应力，诸如焊接点或键合点等。通过将热应力转换为靠得住性试验数据，厦门配电箱可以预测出功率半导体模块的使用寿命。 　　从行驶循环到靠得住性试验 　　靠得住性试验 　　在使用寿命期内，模块要承受情况（气候）造成的被动温度波动，及因模块运行发热造成的主动温度循环。温度循环和功率循环试验，可以模拟以上几种情况对模块寿命的影响。 　　温度循环：在温度循环试验中，在没有电气应力的情况下，改变功率半导体模块的情况温度，包含对（TST：热冲击试验）和（TC：热循环试验）。这项实验主要用于评估焊接点的靠得住性，及评估模块在贮存、运输或使用历程中对可能发生的温度突变的耐受性。 　　功率循环：功率循环（PC）试验可用于确定功率模块内部半导体芯片和内部连接点焊接，在通过周期性电流时，对热应力和机械应力的耐受性。周期性施加电流会致使温度快速转变，会致使绑定线机械位置波动。功率循环试验对高温条件下的工作寿命预期分析具有代表性[1]。 　　热应力造成的主要故障是IGBT模块的内部焊接疲劳和焊接线脱落。 　　研究体例 　　图1依照逆变器系统的冷却条件和行驶策略（行驶工况曲线、电机和行驶控制）信息，可得出功率模块的在特定工况下，关头电气参数特性集，进而计较出典型循环次数，以评估功率模块的寿命，在本项研究中，几个红色参数是变量。 　　 　　图1：计较等效试验循环次数的一般体例。在本项研究中，只有红色参数是变量。 　　根基条件（输入参数） 　　为了不受行驶条件、电机特性以及芯片特性的影响，选择了一个常见的输入参数集。 　　选择了一个业内普遍应用的功率半导体模块。这个类型的模块经专门设计，适用于最高功率在20 kW以内的轻度同化动力电动汽车应用[2]。针对高达150°C的工作节温设计，该模块为6管合一的IGBT设计，最高额定电流为400A/650V。 　　典型汽车行驶循环工况包含多个启停序列和5个满负荷条件下的10秒钟长的恢复循环，绘制出任务曲线。并假定，模块栅极驱动条件理想，虽然这有可能低估整个逆变器系统中的功率损耗。因此，通过计较最卑鄙工况条件下的功率损耗（最高温度）来抵偿[6]。 　　计较功率损耗 　　通过计较静态（PDC：导通）和动态（PSW：开关）损耗，可计较出模块的功率损耗。 　　计较逆变历程中芯片的功率损耗时，使用了正弦半波来模拟芯片中的热量。是基于IPOSIM中使用的计较体例[7]。 　　基于这种体例，可以依照模块的电气参数，计较出IGBT? [8]和二极管的传导损耗[9] [10]。 　　 　　必须指出的是，参数r、VCE0、rD和VF0均取决于温度T。 　　利用等式3和4，可以计较出功率模块的开关损耗。开关损耗是开关频率fsw与按所施加的电压VDC、电流?和开关能量Eon_nom、Eoff_nom、Erec_nom的乘积[11]。 　　 　　所有必须的参数均摘自功率模块数据表[12]。 　　温度散布模拟 　　通常，采取RC网络（Cauer模型或Foster模型）来描述功率模块系统的热模型[13]。发热源及模拟实际组件状态的RC网络。R’s和C’s值，基于系统的材料属性和外形尺寸，通过3D瞬态有限元模拟可得出，或可以通过实验直接测定这两个值。 　　 　　图3：红外测定IGBT/二极督工作温度 　　RC网络，利用芯片间发热的交叉耦合关系，定义了热阻抗Zth juncTIon ambient参数，描述了IGBT与二极管之间的发热的相互影响。 　　 　　图4：RC网络（Foster模型） 　　除典型网络之外，增加了两个元素来表示焊接层。因此，芯片的功率损耗致使焊接层温度升高[6]。 　　计较热循环造成的焊接疲劳，必须了解的参数为焊接层温度。另外，模型中引入电压源抵偿情况温度转变带来的影响。 　　温度曲线 　　借助热模型，可以计较出在特定行驶循环的负载条件下，IGBT、二极管和焊接层的温度。 　　同时，需要斟酌功率半导体模块的使用情况，例如，对安装在驾驶舱四周，并用风冷散热的系统，情况温度设置为40°C（图5）。 　　 　　图5：在一个3,000秒的行驶循环中，安装在风冷散热器上的功率模块的温度曲线 　　在本例中，所取得的最高温度分袂是Tj max IGBT = 118°C、Tj max diode = 126℃和Tj max solder = 96℃（同时请拜见表2）。 　　引起焊接层和焊接线老化的主要参数不是温度自己，而是温度波动。同时，在仿真中插手了一个自动算法，以计较出温差?T。 　　确定?T发生数 　　主动循环：图6所示为一个风冷系统中的二极管，特定温度波动的发生次数。幅度低于3 K的温度波动被疏忽，因为这种温度波动不会明显缩短组件使用寿命。大都温度波动都低于30°K.温升。只有很少的循环会呈现更高的?T。只不雅观察到5次?T > 60°K的显著温度波动。这些温度波动是图5中的峰值。 　　 　　图6：二极管：在一个行驶循环中，分歧?T（α=454W/m? K）的循环次数 　　叠加在主动温度波动上的，是工作情况造成的被动温度波动。 　　被动循环：在工作历程中，冷却系统温度升高也会致使温度波动，在计较组件使用寿命时，必须斟酌这种温度波动。 　　假定汽车的使用寿命为15年，每天2个循环，功率模块总共要履历10950个循环。情况温度如表1所示，户外温度从5天-25℃到35天309℃。 　　 　　表1：情况温度影响工作温度，温升引起冷却系统温度升高，而致使被动温度波动将温升序列的温度波动定义为：行驶循环中的最高温度，与起头时情况温度的温差。（参阅表3） 　　在靠得住性试验中，对器件施加多个分歧的温度波动是不现实的。因此，必须确定一个尺度?T。 　　从汽车工况循环到到功率模块试验循环 　　厦门配电箱焊接疲劳加快老化计较 　　厦门配电箱机械疲劳、材料疲劳或材料变形等模型，通常有与机械应力循环或温度转变相关。厦门配电箱使用这种被称为（改进）Coffin-Manson模型的模型，来模厦门配电箱拟功率模块频频开关，发生的温度循环，所致使的焊接或其他金属中的裂纹增长。这种经常被引用的等式的式子清楚地表白，结点温度波动幅度很大时，疲劳会致使器件过早发生故障。这个等式的派生等式是两个分歧热循环温差范围（?Tduty_cycle和?Ttest）故障循环次数之间的关系[14]。虽然该参考资料提到的是分歧的指数，本计较采取的指数是3.3。该模型的式子如下： 　　 　　可以从曲线的?Tduty_cycle对应的负载循环次数nduty_cycle，计较出特定?Ttest对应的等效循环次数ntest_cycle。 　　焊接线加快寿命计较 　　等式6所示为特定负载条件（电流I、结点温度Tj、工作时间ton和温度波动?T）计较等效循环次数的公式。 　　 　　这个方程式也包含了分歧温差的比率，但依照大量试验的成果作了修改[15]。 　　等式7基于等式6，所有任何负载循环i的p变换的总和，得出等效试验循环次数（条件：?Ttest=100K、Tj,min=50°C、ton, test = 2s 和参考电流Itest = 400A）。 　　 　　参数差别性 　　冷却条件 　　冷却能力：比较了2个风冷系统，1个液冷系统和1直接冷却（带针式散热器的液态冷却系统）系统。 对风冷系统和液冷系统，假定功率模块底板与散热器之间涂抹了导热硅脂。 　　通过散热片和模块间的热传递系数α，比较两种冷却系统的冷却能力。（参阅表2：α = 124 W/m?K – 冷厦门配电箱却能力较弱的风冷散热器；α = 454 W/m?K – 强制风冷散热器；α = 20000 W/m?K – 冷却能力较强的液冷散热器） 　　 　　表2：厦门配电箱系统参数转变 　　为了实现从功率模块到散热器的理想热传递，在功率模块底板配有鳍片散热片。这种类型的模块直接安装在开放式液冷散热器上，鳍片直接接触冷却剂。因此，无需使用导热性较差的导热膏。由于底板直接接触冷却液，未定义α值。在这种情况下，冷却液流速暗示分歧的冷却能力。 　　 　　图7：带鳍片散热片的底板（HybridPACKTM2）[16] [17]与平板式底板示例 　　情况温度：如第2.6节所指出，对风冷系统，最高情况温度设置为40°C，对液冷系统则定义为70°C/95°C（表2）。 　　厦门配电箱电气参数 　　电池电压：许多汽车制造商都更倾向将轻度同化动力/电动汽车的动力电池，设定为较低的电压。通过增加电池电芯数量可以实现更高电压，但这显然会致使成本和电池重量的增加。为了了解电池电压VDC对系统的影响，比较了两套电气参数（表2）。 　　成果 　　如图1所示，行驶循环历程中温度波动包含，功率模块运行发生的主动温度波动，和工作情况造成的被动温度波动。对芯片来说，必须斟酌IGBT和二极管的最糟情况条件。5次循环最高负载都在二极管上。因此，以二极管为例分析最卑鄙情况。