Análise do comportamento térmico de semicondutores de potência

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: D’Egmont, Philippe Rollemberg
• Orientador(a): Duda, Fernando Pereira
• Banca de defesa: Dias , Robson Francisco da Silva, Cruz, Antônio Guilherme Barbosa da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: IGBT; Análise térmica
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/13521

Módulos semicondutores de potência do tipo IGBT são amplamente utilizados em diversas indústrias, estes transistores estão presentes em sistemas de controle industrial, sistemas elétricos para indústria de energia solar e energia eólica, em máquinas industriais, tração ferroviária, acionamentos de motor, veículos elétricos híbridos, inversores de potência e em outros dispositivos de comutação de alta potência. Módulos IGBT geram uma quantidade indesejável de calor por meio da dissipação de energia elétrica. A confiabilidade destes dispositivos semicondutores está fortemente ligada às temperaturas de junção operacional dos chips do dispositivo. Ferramentas de simulação são necessários para calcular a temperatura instantânea dos dispositivos sob diferentes condições de carregamento do conversor. Esta dissertação apresenta uma análise do problema de transferência de calor 3D transiente, baseada no Método dos Elementos Finitos utilizando o software ANSYS, para um dispositivo potência IGBT com diversas camadas de diferentes áreas, materiais e fontes de calor. Dois diferentes casos foram estudados, a saber: condução elétrica e chaveamento, este último é caracterizado pela fonte de calor fortemente dependência do tempo. Foi utilizado um método para suavização deste sinal de energia durante o chaveamento com o intuito de tornar o código numérico mais otimizado. Os resultados numéricos obtidos são validados com os resultados experimentais, onde os dados experimentais de temperatura utilizados foram obtidos via termografia com uma câmera infravermelha, que fornece uma grande quantidade de medições não intrusivas de toda a superfície externa do módulo IGBT. Uma boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais foi observada.