IGBT(绝缘栅极晶体管)兼并MOSFET(电力场效应晶体管)输入阻抗高、开关速度快和GTR(电力晶体管)输出阻抗低、耐高压的优点而成为电力电子领域的理想开关被广泛应用在各种大功率场合。k Hz级的开关频率及大功率运行状态,使其在工作时产生很大的热损耗,造成芯片PN结处温度(结温)的上升及波动,严重时引起器件的失效,从而导致整个设备的中断甚至造成重大的安全事故。现有的措施是对IGBT模块进行降额使用或者对模块所处变换系统匹配较大质量体积散热器充分保证散热。但是过分降额会降低功率模块的应用范围,不合理的散热设计也会增加系统重量占用空间。因此,准确的结温预测对于确定其安全极限、提高应用范围和可靠性、进行合理的热设计具有重要意义,但是由于电场与温度场的耦合以及模块在不同应用场合下运行工况的实时变化,对IGBT功率模块的结温预测成为一大挑战。本文以英飞凌的FF600R06ME3功率模块为研究对象,通过对IGBT器件工作原理、功率模块损耗计算方法及传热特性的研究,提出了基于电热耦合的结温预测方法,并对模块热性能进行相关研究,为IGBT模块的可靠性及热设计优化提供理论依托。首先,从IGBT的内部结构与工作特性出发,分析器件损耗产生原理及影响因素,得到计及温度等多个影响因子在内的损耗计算模型。并对模块进行散热路径及形式进行分析,结合数据手册中的瞬态热阻抗曲线,拟合出四阶Foster热阻网络模型。基于此,在MATLAB/Simulink里进行损耗及热阻模型的耦合,实现可应用于特定工作点下的模块及系统级结温预测模型的搭建,并选取三组电路参数作为算例进行仿真,通过与英飞凌IPOSIM仿真软件及ANSYS温度场比对,完成模型准确性的验证。随后采用控制变量法针对模块封装结构及电路参数对热性能的影响进行仿真评估,为合理化的散热设计提供保证。并充分结合实际应用,对可应用于特定点下的结温预测模型进行完善,实现可应用于工况条件下的IGBT结温预测模型的搭建,并仿真模拟RX1E电动飞机电机推进系统一段减速时间内芯片结温及逆变系统损耗产生情况,通过与台架试验中的逆变器损耗进行对比进一步验证所提出模型的准确性,从而为IGBT功率模块可靠性验证、合理的热设计及相关状态监测及控制研究提供可靠的理论依据。