{"id":34380,"date":"2026-09-08T06:52:10","date_gmt":"2026-09-08T06:52:10","guid":{"rendered":"https:\/\/trumonytechs.com\/?p=34380"},"modified":"2026-09-08T06:52:41","modified_gmt":"2026-09-08T06:52:41","slug":"refrigeracion-igbt-mediante-tecnologia-liquida","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.trumonytechs.com\/es\/igbt-cooling-using-liquid-technology\/","title":{"rendered":"Refrigeraci\u00f3n de IGBT mediante tecnolog\u00eda l\u00edquida: Mejora de la eficiencia electr\u00f3nica"},"content":{"rendered":"

La refrigeraci\u00f3n l\u00edquida gestiona el calor de un IGBT transport\u00e1ndolo desde la uni\u00f3n de silicio, a trav\u00e9s de la placa base del m\u00f3dulo y una capa de interfaz t\u00e9rmica, hasta una placa fr\u00eda y el circuito de refrigeraci\u00f3n. La temperatura de la uni\u00f3n es el factor limitante que rige este proceso. Es uno de los principales l\u00edmites de la densidad de potencia \u00fatil, junto con el \u00e1rea de operaci\u00f3n segura, la impedancia t\u00e9rmica transitoria y las caracter\u00edsticas el\u00e9ctricas del dispositivo. Si la temperatura de la uni\u00f3n se mantiene dentro de su margen de dise\u00f1o, el m\u00f3dulo conmuta de forma fiable; si aumenta, las p\u00e9rdidas, el estr\u00e9s t\u00e9rmico y el envejecimiento tambi\u00e9n aumentan. En inversores de tracci\u00f3n para veh\u00edculos el\u00e9ctricos, convertidores de almacenamiento de energ\u00eda y accionamientos industriales, la refrigeraci\u00f3n por aire suele quedarse corta antes que el m\u00f3dulo. Un circuito de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida bien dise\u00f1ado resulta fundamental en estos casos.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Este trabajo est\u00e1 dirigido a ingenieros de electr\u00f3nica de potencia y de sistemas t\u00e9rmicos de bater\u00edas que deben determinar si un IGBT necesita refrigeraci\u00f3n l\u00edquida y, en caso afirmativo, qu\u00e9 par\u00e1metros de la placa fr\u00eda y del refrigerante influyen en el resultado. El alcance se centra en el problema de la refrigeraci\u00f3n. El dimensionamiento del inversor, el dise\u00f1o del controlador de puerta y la configuraci\u00f3n el\u00e9ctrica del paquete de bater\u00edas quedan fuera del alcance de este trabajo.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u00bfPor qu\u00e9 los m\u00f3dulos IGBT generan calor?<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Dos mecanismos de p\u00e9rdida generan calor en un IGBT: la p\u00e9rdida por conducci\u00f3n y la p\u00e9rdida por conmutaci\u00f3n. La p\u00e9rdida por conducci\u00f3n se produce cuando el dispositivo transporta corriente entre el colector y el emisor, donde la ca\u00edda de tensi\u00f3n en estado activo multiplicada por la corriente se convierte en calor en el chip. La p\u00e9rdida por conmutaci\u00f3n se produce durante cada transici\u00f3n de encendido\/apagado, cuando la tensi\u00f3n y la corriente se superponen brevemente y la energ\u00eda almacenada se libera en forma de pulso de calor. Ambas aumentan con el punto de operaci\u00f3n. Si se incrementa la frecuencia de conmutaci\u00f3n, la tensi\u00f3n del bus o la corriente de carga, la p\u00e9rdida total tambi\u00e9n aumenta.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La consecuencia pr\u00e1ctica es que el ciclo de refrigeraci\u00f3n se ajusta al perfil de la misi\u00f3n, no al t\u00edtulo de la hoja de datos. Una frecuencia de conmutaci\u00f3n m\u00e1s alta generalmente aumenta las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, por lo que un m\u00f3dulo que se mantiene fr\u00edo en un accionamiento industrial constante puede calentarse bajo un ciclo de tracci\u00f3n transitorio r\u00e1pido con la misma corriente. Especifique gesti\u00f3n t\u00e9rmica<\/a> en funci\u00f3n del ciclo de trabajo real, no de una sola potencia nominal.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"M\u00f3dulo<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

C\u00f3mo el sobrecalentamiento limita el rendimiento y la vida \u00fatil de los IGBT<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Si se fuerza la uni\u00f3n m\u00e1s all\u00e1 de su l\u00edmite nominal, se presentan tres problemas simult\u00e1neamente: estr\u00e9s t\u00e9rmico, mayores p\u00e9rdidas y envejecimiento acelerado. El estr\u00e9s t\u00e9rmico se acumula en los materiales incompatibles del encapsulado y se manifiesta con el tiempo como fatiga del hilo de conexi\u00f3n, agrietamiento de las uniones de soldadura y delaminaci\u00f3n del sustrato. Las p\u00e9rdidas aumentan debido a que la ca\u00edda de tensi\u00f3n en estado activo se incrementa con la temperatura. El envejecimiento se acelera porque la mayor\u00eda de los mecanismos de fallo de los m\u00f3dulos de potencia dependen en gran medida de la temperatura: una temperatura media de uni\u00f3n m\u00e1s alta y ciclos t\u00e9rmicos m\u00e1s prolongados tienden a acelerar ciertos modos de fallo. La vida \u00fatil real a\u00fan depende del perfil de la misi\u00f3n, la amplitud del ciclo t\u00e9rmico y el modelo de vida del propio m\u00f3dulo.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La temperatura de uni\u00f3n y la resistencia t\u00e9rmica se definen y miden seg\u00fan las normas IEC 60747-9 e IEC 60747-15, que especifican c\u00f3mo se caracterizan las resistencias de uni\u00f3n a la carcasa y de la carcasa al disipador. Un estudio publicado sobre placas fr\u00edas para minicanales mantuvo la carcasa del m\u00f3dulo a unos 100 \u00b0C para proteger el l\u00edmite de uni\u00f3n de 125 \u00b0C en su banco de pruebas. Consid\u00e9rese esto como una limitaci\u00f3n de un solo estudio, no como un valor universal. Los l\u00edmites aplicables de la carcasa y la uni\u00f3n deben provenir de la hoja de datos del m\u00f3dulo objetivo; los l\u00edmites t\u00edpicos de uni\u00f3n de los IGBT de silicio se sit\u00faan entre 125 y 150 \u00b0C.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Qu\u00e9 incluye un circuito de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida para IGBT<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Cuatro componentes transportan el calor del IGBT desde el m\u00f3dulo hacia el ambiente, y cada uno a\u00f1ade una resistencia t\u00e9rmica que debe tenerse en cuenta:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n