Um Estudo Comparativo de Métodos Numéricos para Estimativa da Temperatura de Junção do IGBT

O transistor bipolar de porta isolada é amplamente utilizado em uma ampla gama de aplicações devido às suas várias vantagens em comparação com outros tipos de transistores, como alta capacidade de voltagem e baixa dissipação de potência. O problema encontrado com o transistor IGBT reside em seu alto custo e, especialmente, em sua vulnerabilidade a falhas devido à alta temperatura, que reduz as características elétricas do dispositivo e, assim, acelera o envelhecimento. A confiabilidade do módulo de potência é considerada o fator chave afetado pela temperatura de junção. Por esta razão, a medição da temperatura de junção do IGBT é de interesse prioritário para realizar a gestão térmica. Este artigo apresenta duas maneiras numéricas para a determinação da temperatura de junção, a primeira é baseada em uma estimativa numérica usando um método de diferenças finitas unidimensionais. Para realizar uma simulação precisa, as propriedades das várias camadas de IGBT existentes foram determinadas usando espectroscopia de dispersão de raios X (EDS) e microsscopia eletrônica de varredura (SEM). Além disso, um programa utilizando informações de ficha técnica foi desenvolvido para determinar os parâmetros térmicos RC e usado para fornecer a variação de temperatura ao longo do tempo e um modelo de dispersão de calor dentro das camadas de IGBT. Finalmente, um bom acordo foi encontrado entre os resultados numéricos obtidos a partir dos modelos propostos.