随着电力电子技术的迅速发展,电力电子装置在各行各业的应用越来越为广泛。在诸多的应用下,电力电子装置的可靠性问题也随之暴露出来。功率半导体器件是电力电子装置中最重要的部件之一,也是失效率较高的元器件。因此,电力电子装置整体的可靠性与功率器件的可靠性息息相关,研究如何提高功率器件的可靠性具有较强的实际意义。功率半导体器件的热管理技术以平滑低频结温波动,提高器件可靠性为目的,是热力学和电力电子技术的交叉学科,近年来越来越多的研究学者开始关注这一领域。多数研究的内容集中在基于器件损耗的结温调节方法,但是其他方面的研究则相对较少涉及。本文以引线键合式封装的绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）功率模块为研究对象,从IGBT的老化机理和解析寿命模型出发,研究了散热器动态调节性能优化的方法,建立了IGBT外部热管理的线性化模型并设计了热管理控制策略。本文所做的主要工作如下:首先,分析了IGBT模块的失效机理和可靠性模型,发现结温波动是影响IGBT模块寿命的重要因素之一。功率模块的外部热管理技术能够降低结温波动,对提高IGBT的的预期寿命具有较大的意义。IGBT的结温在线测量较难实现,所以基于IGBT的损耗模型和简化的RC热网络模型对结温进行估算。基于一种特殊的电路拓扑结构和开关管控制时序,利用小电流测结温的原理,提出了一种IGBT结温在线测量方法。通过将实测结温和模型计算结温的对比,验证了结温计算模型的准确性。其次,针对目前功率器件散热器的设计难以满足IGBT外部热管理对散热器的要求,基于数值计算的方法,提出了一种型材风冷散热器的优化方法。与传统散热器设计不同的是,该方法关注如何增大散热器对环境热阻的调节范围和提高动态响应速度而不是仅仅考虑增加散热能力。基于有限元分析工具,验证了数值计算方法的准确性。基于最优化数学方法,得到了散热器动态调节性能的优化方案。最后,研究了IGBT模块外部热管理系统的建模方法。对系统的RC热网络列写了状态空间方程,针对模型含有的非线性成分、首次将基于状态反馈的精确线性化的方法引入IGBT外部热管理建模中,验证了原系统可线性化的条件,推导了状态反馈矩阵,将原系统的线性化消去。然后基于线性二次型调节器（LQR）设计了IGBT热管理的散热器控制算法。所提方法具有一定的泛用性,适用于任何散热功率可调的变流器装置,使得热管理算法的设计不再依靠经验进行,使得热管理系统设计有了模型基础和理论支撑,同时提高了结温闭环控制参数的设计效率。