Puolijohteen liitospinnan lämpötilan laskentamalli

Abstract

Työn tarkoituksena oli tutkia IGB-transistorin liitospinnan lämpötilan laskentamallin yksinkertaistamisen vaikutusta lämpötilan määrittämisen tarkkuuteen. Työn alussa on tarkasteltu taajuusmuuttajan vaihtosuuntaussillan muodostamien häviöiden muodostumista ja taajuusmuuttajan muiden toimilohkojen vaikutusta häviöihin. Asiaa on lähestytty käymällä yleisesti läpi vaihtosuuntaussillan kytkimien ohjaussignaalien muodostaminen eri toimilohkoissa sekä itse vaihtosuuntaajan kytkimien häviötehon muodostumisperiaatteet. Sen jälkeen käydään läpi kolme erilaista laskenta-algoritmia puolijohteen liitospinnan lämpötilan määrittämiseksi. Mallit ovat kytkimen tilatietoon pohjautuva malli, keskimääräisen häviötehon laskentaan perustuva malli sekä sen pohjalta kehitetty yksinkertaistettu laskentamalli. Tämän jälkeen tarkastellaan eri liitospinnan lämpötilan määrityskeinojen vaikutusta laskentatarkkuuteen. Laskentamallin yksinkertaistamisen vaikutusta lämpötilan laskentatarkkuuteen selvitettiin simuloimalla vaihtosuuntaajan eri toimintatiloja kaikilla edellä mainituilla laskentamenetelmillä. Tuloksista havaittiin, että keskiarvomalli laskee suurempia lämpötilatuloksia kuin tuloksiltaan tarkin tilatietomalli. Yksinkertaistettu malli puolestaan laskee yhteneviä tai korkeampia lämpötilatuloksia kuin keskiarvomalli. Liian korkea laskentatulos suhteessa todelliseen lämpötilaan alentaa laitteen kuormitettavuutta, ja on siten epätaloudellinen. Tulosten pohjalta voidaan todeta yksinkertaistetun mallin olevan laskentatarkkuudeltaan riittävä suojaamaan pienitehoisia laitteita termistä ylikuormitusta vastaan.