邱鹏程
广州市世科高新技术有限公司，广州 510540
摘要 本文提出了一种逆变器散热设计仿真的研究方法，本文根据真实工作环境中电压、电流、以及开关频率等参数计算IGBT的损耗，修正边界条件，然后再重建模仿真。实验结果显示，文中所述的仿真方法与实验数据的误差<1K。证明本文所述的仿真方法有效减少仿真结果和实际工作的误差，仿真结果对逆变器真实工作环境的还原度高。
关键词：Icepak；逆变器；仿真；边界条件
散热仿真在航空航天、机车牵引、消费性电子产品、医疗器械、电力电子、电气、半导体等行业有广泛的应用。
文献[1]重点在于建模，没有细致研究仿真的边界问题，没有解决准确性的问题。文献[2]提出的散热分析实验与仿真误差在2.3-2.7K之间。仿真结果误差较大。文献[3]仅仅对仿真进行定性分析，没有考虑仿真准确性问题。
综上，相关文献大多是针对仿真模型进行定性研究，而对散热仿真精度研究较少。为此，本文提出的仿真方法通过修正功率器件损耗值的方式，提高仿真结果的精度，解决仿真准确性的问题。
1 模型搭建
结合实际建模，对模型进行简化，如图1所示。
第一步，根据逆变器还原仿真模型的边界；
第二步，建立散热器模型。散热器采用铝合金插片型翅片散热器，具体参数如表1所示；
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第三步，建立热源模型，根据IGBT模块尺寸新建热源模型，结合实际设置模块损耗参数。
第四步，建立风扇模型，在风扇模型中输入P-Q曲线，风扇网罩通风率设为0.8；
第五步，建立通风孔模型，开孔率设为0.45；
第六步，设置流体属性为空气、选择流体计算模型。
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2、边界条件的修正
在仿真模型中，模块损耗计算的准确度是影响仿真结果的重要因素。
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模块的损耗需结合器件的动态特性曲线、静态特性曲线、开关频率、功率因素和交流输出的频率以及占空比联立计算。通过设置不同占空比值控制逆变器功率输出为7kW、14kW、28kW，并实测逆变器输入侧直流母线电压和直流电流。最后，根据器件功率换算，获得IGBT损耗值如表2所示。
分别进行不同输出功率下的稳态仿真，如图3(a)-(c)所示分别为输出功率为7.0kW，14.0kW，28.0kW的仿真结果。标记点的仿真的温升数据，如表3所示。
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3、实验分析
通过实验实测并记录标记点数据，绘制3组实验温升曲线图（如图4），如表4可知实验结果曲线趋近于仿真结果。
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4、结论
文中所述的逆变器散热设计方针方法依据外部参数计算功率器件的损耗值，修正仿真模型中的边界条件，使仿真环境更贴近逆变器实际工作的状态。
实验结果显示，仿真结果与实验数据的误差<1K。证明本文所述的仿真方法精度高，仿真结果对逆变器真实工作环境的还原度高。
参考文献
[1] 李健, 王凯, 林小平, et al. 基于ICEPAK的液冷冷板散热的性能分析[J]. 流体机械, 2016, 44(12):71-74.
[2] 刘骥, 黄磊. 基于Ansys软件的IGBT模块散热分析[J]. 电力电子技术, 2013, 47(1):107-108.
[3] 陈洁茹, 朱敏波, 齐颖. Icepak在电子设备热设计中的应用[J]. 电子机械工程, 2005, 21(1):14-16.
[4] 王兆安 刘进军. 电力电子技术：第5版[M]. 机械工业出版社, 2009.