随着绝缘栅双极型晶体管(IGBT)越来越多地应用在极端环境,如石油和天然气开发、新能源发电、电动汽车等领域,如何确保IGBT在高温环境下安全可靠工作成为国内外电力电子界学者重点关注的研究方向。本论文将着重研究IGBT器件的电、热参数与结温和工作环境温度之间的关系,建立IGBT的电-热耦合模型,寻求结温实时预测方法,为后续IGBT可靠性分析与寿命预测提供理论基础。首先,根据IGBT的温度特性,在已有通用Spice模型的基础上建立计及温度的器件等效电路模型,得到器件内部物理参数与外部电特性之间的关系,建立器件阈值电压、导通电阻、饱和压降等电参数的温度模型,以模拟器件在不同结温下的静态和动态特性。研究考虑寄生参数下的IGBT损耗模型建立方法,通过对IGBT开关曲线的拟合并结合数据手册和实测开关波形提取模型参数,建立常温下IGBT的开关损耗模型和导通损耗模型。利用获得的IGBT的温度特性和温度模型,对开关和导通损耗模型进行温度补偿,研究建立器件总损耗的温度模型。利用有限元分析软件建立IGBT的3D实体模型,模拟器件的温度场分布,进而提取器件的热阻抗曲线和热网络参数并建立IGBT的Foster热网络模型,模拟从器件到散热片再到环境的整体热传导过程。最后,结合IGBT的损耗模型和热网络模型建立器件的热-电耦合模型,并将其应用于Buck变换器中进行器件结温预测仿真,验证环节选择IGBT的饱和压降作为热敏参数进行器件的结温预测,验证了上述热-电耦合模型的准确性。同时,利用实验分析了开关频率、占空比、环境温度等因素对器件结温的影响。