- La temperatura de un IGBT puede referirse a la unión de silicio (Tj), la lectura del NTC integrado, la carcasa del módulo, la placa base o el disipador. Son puntos distintos del recorrido térmico.
- Una sonda externa mide la temperatura en el lugar donde se instala. Una sonda en la carcasa o el disipador no mide directamente la temperatura de unión.
- El NTC integrado suele estar en el sustrato cerámico, cerca de los chips. Sirve para protección y control, pero responde más despacio que la unión ante cambios rápidos de carga.
- La fibra óptica fluorescente crea una ruta de medida no conductora y proporciona aislamiento eléctrico. Cada sonda mide un punto definido; para varios puntos hacen falta sondas y canales independientes.
Qué temperaturas se miden en un módulo IGBT
El calor generado en el silicio activo pasa por la unión soldada del chip, el sustrato cerámico, la placa base y el material de interfaz térmica hasta el disipador o la placa fría. Cada capa aporta resistencia y capacidad térmicas, por lo que la temperatura cambia a lo largo de ese recorrido.
| Punto térmico | Ubicación física | Método habitual | Objetivo principal |
|---|---|---|---|
| Unión (Tj/Tvj) | Región activa del chip | Parámetros eléctricos sensibles a la temperatura (TSEP) o modelo térmico | Verificación del área segura, ciclos de potencia y vida útil |
| NTC interno | Sustrato cerámico dentro del módulo | Termistor NTC o PTC integrado | Protección contra sobretemperatura y reducción de corriente |
| Carcasa del módulo | Superficie exterior de la carcasa | Termopar, RTD, cámara infrarroja o sonda de fibra óptica | Comparación de tendencias térmicas entre dispositivos |
| Placa base / punto Tc | Placa de cobre bajo el sustrato | Sonda en una ranura de la placa fría o en un punto accesible | Evaluación de refrigeración y modelos térmicos |
| Disipador (Th) | Superficie o perforación del disipador | PT100, termopar o sonda de fibra óptica | Evaluación de refrigeración y material de interfaz térmica |
El Tc indicado en una hoja de datos corresponde a un punto definido de la placa base bajo el chip, no a la cubierta plástica del módulo. El informe de ensayo debe registrar la ubicación exacta del sensor: carcasa, NTC, placa base y disipador no son puntos de medida intercambiables.
Por qué difieren las temperaturas de unión, NTC y disipador
En régimen estable, la diferencia entre la unión y el refrigerante depende de las pérdidas de potencia y de la suma de resistencias térmicas del recorrido. El NTC representa la temperatura del sustrato en su ubicación, no necesariamente la zona más caliente del chip. Durante cambios rápidos de carga, la unión se calienta antes que el NTC, la placa base y el disipador.
- Ubicación del NTC: está sobre el sustrato cerámico, junto a los chips, y no sobre el silicio activo.
- Retardo térmico: las sondas externas responden según su construcción, el contacto térmico y el montaje.
- Varios chips: los IGBT y los diodos pueden tener pérdidas diferentes. Un solo NTC no siempre representa el chip más caliente.
Estimar Tj a partir de una lectura externa requiere un modelo térmico validado, datos de pérdidas y parámetros del módulo concreto. La temperatura de carcasa o disipador no debe tratarse como temperatura de unión.
Comparación de métodos para medir la temperatura de un IGBT
La elección depende del acceso al punto, su potencial eléctrico, el ruido electromagnético y el objetivo del ensayo.
| Método | Qué mide | Aislamiento y ruido | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| NTC integrado | Temperatura del sustrato dentro del módulo | Integrado según el diseño del módulo | Posición fija; no sigue transitorios rápidos de la unión |
| Termopar | Punto de unión en la carcasa, placa base o disipador | Los cables metálicos requieren revisar aislamiento y tendido | Los conductores pueden transportar potencial y captar ruido |
| PT100 / RTD | Superficie, disipador, aire o refrigerante | Necesita una entrada de medida y un tendido adecuados | El tamaño y el cableado limitan los espacios estrechos |
| Cámara termográfica | Superficies visibles | Medición sin contacto | Necesita línea de visión; depende de la emisividad |
| Sonda de fibra óptica fluorescente | Un punto definido en la punta de la sonda | Ruta óptica no conductora y alta resistencia a EMI en el trayecto sensor | Medición puntual; la ubicación debe planificarse |
| TSEP / modelo térmico | Estimación de la temperatura de unión | Requiere mediciones eléctricas y calibración | Depende del modelo, las pérdidas y las condiciones transitorias |
Cuándo resulta útil la fibra óptica en una prueba de IGBT
En una placa fría conectada a tierra y con poco ruido, un termopar o RTD convencional puede ser suficiente. La fibra óptica resulta útil cuando los cables conductores complican el aislamiento o la estabilidad de la medida.
Puntos con alta tensión o potencial flotante
El disipador o la placa del módulo pueden no estar conectados a tierra. Un cable metálico fijado a un punto energizado puede llevar ese potencial hasta el equipo de adquisición de datos. La fibra óptica no conduce electricidad y permite separar el instrumento del punto medido. El artículo sobre medición de temperatura con aislamiento eléctrico amplía estos requisitos.
Conmutación PWM rápida
Los cambios de tensión dv/dt y la conmutación rápida de corriente pueden alterar señales de sensores con cables metálicos. La fibra transmite una señal óptica, por lo que el trayecto de medida es menos susceptible al acoplamiento eléctrico. La alimentación y las comunicaciones del instrumento siguen necesitando un diseño EMC adecuado.
Montaje compacto en varios puntos
Las sondas pequeñas pueden instalarse en ranuras de placas frías, cerca de barras de continua o en superficies accesibles del módulo. Varias sondas permiten registrar temperaturas independientes durante el mismo ciclo de ensayo. Cada canal debe asociarse a su ubicación real.
Cómo combinar el NTC, las sondas de fibra y la termografía
Estas herramientas se complementan. El NTC integrado puede seguir conectado al controlador para protección y reducción de potencia. Las sondas externas en la placa base, las barras o el disipador ayudan a describir las temperaturas del banco de pruebas. La cámara termográfica muestra varias superficies visibles a la vez, pero no mide detrás de una cubierta ni dentro de un canal de refrigeración cerrado.
Dónde instalar una sonda de temperatura en un montaje IGBT
- Ranura de la placa fría: mide un punto local próximo a la placa base. Mantén constante el contacto térmico entre ensayos.
- Orificio del disipador: mide la temperatura del cuerpo del disipador; compararla con la placa base ayuda a evaluar la transferencia a través del TIM.
- Barra o terminal: permite seguir el calentamiento de una conexión si la sonda y su fijación son adecuadas para la tensión y el entorno.
- Carcasa del módulo: registra tendencias de la superficie, no la temperatura interna del silicio.
Documenta el punto, el método de fijación, el nombre del canal y las condiciones de funcionamiento. La sonda mide en su punta; no mide a lo largo de toda la fibra.
Medición fluorescente de fibra óptica INNO para electrónica de potencia
En el sistema INNO, la luz de excitación viaja por la fibra hasta un material fluorescente situado en la punta de la sonda. El instrumento analiza el tiempo de decaimiento de la fluorescencia recibida y lo convierte en temperatura en ese punto mediante una calibración. Es una medida puntual, no distribuida a lo largo de la fibra.
Los valores habituales dependen de la sonda y de la configuración del instrumento:
- Rango de temperatura de −40 °C a +260 °C.
- Precisión de ±0,5 °C a ±1 °C y resolución de 0,1 °C.
- Respuesta inferior a 1 s en configuraciones estándar; el montaje y el contacto térmico influyen en el resultado.
- Diámetro de sonda de unos 2–3 mm; longitud de fibra ajustada al recorrido de instalación.
- Los instrumentos multicanal pueden configurarse con RS485 / Modbus RTU, salidas analógicas y relés, según el modelo.
Para varios puntos, dimensiona los canales según el número de sondas independientes y documenta la asignación. El artículo sobre monitorización multicanal en bancos de ensayo ofrece pautas para planificarla.
Planificar la medición de temperatura en un banco de pruebas IGBT
Para definir la configuración, indica el tipo de módulo, los puntos de medida, el rango de temperatura, el número de puntos, el potencial eléctrico, las condiciones de conmutación, el espacio de montaje, el recorrido de la fibra y la interfaz DAQ, PLC o SCADA requerida.