用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统和方法技术方案

技术编号:19176023 阅读:22 留言:0更新日期:2018-10-17 00:07
本发明专利技术公开一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统和方法。该用于控制IGBT模块温度的方法,包括:获取IGBT模块的损耗参数、热阻参数、环境温度以及IGBT模块内芯片的温度,芯片包括IGBT芯片或/和二极管芯片;基于芯片的温度和损耗参数,计算芯片的损耗,并根据芯片的温度、热阻参数、环境温度及芯片的损耗,计算得到IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻;根据预设的散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系,得到与期望热阻对应的期望风量;根据期望风量调控散热器的风机。能够提高IGBT模块的功率循环周次数和温度循环周次数。

System and method for controlling the temperature of insulated gate bipolar transistor module

A system and method for controlling the temperature of an insulated gate bipolar transistor module are disclosed. The method used to control the temperature of IGBT module includes: acquiring the loss parameters, thermal resistance parameters, ambient temperature of IGBT module and the chip temperature in IGBT module, including IGBT chip or/and diode chip; calculating the chip loss based on the chip temperature and loss parameters, and according to the chip temperature and thermal resistance parameters. The expected thermal resistance from the radiator to the cooling medium of the IGBT module is calculated according to the ambient temperature and chip loss; the expected air volume corresponding to the expected thermal resistance is obtained according to the corresponding relationship between the preset thermal resistance from the radiator to the cooling medium and the air volume passing through the radiator; and the fan of the radiator is adjusted according to the expected air volume. The power cycle cycle and cycle number of the IGBT module can be improved.

【技术实现步骤摘要】
用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统和方法
本专利技术涉及电力电子
,尤其涉及一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统和方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展,IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)模块由于其可靠性强和使用寿命长的优势,在各个领域的应用越来越广泛。IGBT模块包括IGBT芯片、二极管芯片、键合线和绝缘衬底。制成IGBT芯片、二极管芯片、键合线和绝缘衬底的材料不同,因此IGBT芯片的材料、二极管芯片的材料、键合线的材料和绝缘衬底的材料的热膨胀系数也不同。在经过多次的温度变化冲击和温度变化循环后,由于IGBT芯片的材料、二极管芯片的材料、键合线的材料和绝缘衬底的材料的热膨胀系数不同,会引起不同材料之间的连接出现裂化现象,即功率循环(Powercycling)和温度循环(Thermalcycling)。IGBT的温度冲击范围越大,则功率循环周次数越少,IGBT模块的壳温温度变化范围越大,则温度循环周次数越少。可以根据IGBT模块不同的温度变化幅度,推算出IGBT模块发生失效的概率。为了保证IGBT模块正常运行,需要把IGBT模块发生失效的概率控制在一定范围内。现阶段,一般通过控制IGBT模块的负载电流的大小变化,来控制IGBT模块的损耗变化,进而控制IGBT模块内的IGBT的温度变化范围和IGBT模块的壳温温度变化范围,以减小功率循环和温度循环的影响。从而提高IGBT模块的功率循环周次数和温度循环周次数。但是,由于IGBT模块的负载电流是由IGBT模块所在的工作系统以及工作系统的环境条件决定的,无法控制。因此,还是无法将IGBT模块发生失效的概率控制在一定范围内,IGBT模块的功率循环周次数和温度循环周次数难以提高。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统和方法,能够提高IGBT模块的功率循环周次数和温度循环周次数。第一方面,本专利技术实施例提供了一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统,包括:获取模块,被配置为获取绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的损耗参数、热阻参数、环境温度以及IGBT模块内芯片的温度,芯片包括IGBT芯片或/和二极管芯片;主控制器包括期望热阻获取模块,期望风量获取模块和风量调节模块;期望热阻获取模块,被配置为基于芯片的温度和损耗参数,计算芯片的损耗,并根据芯片的温度、热阻参数、环境温度及芯片的损耗,计算得到IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻;期望风量获取模块,被配置为根据预设的散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系,得到与期望热阻对应的期望风量;风量调节模块,被配置为根据期望风量调控散热器的风机。在第一方面的一些实施例中,主控制器还包括芯片温度修正模块,芯片温度修正模块,被配置为根据IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻、损耗参数、环境温度、芯片的温度、热阻参数和预设的芯片温度扰动量,得到修正后的芯片的工作温度;其中,芯片的温度为预设温度或上次修正后的芯片的工作温度。在第一方面的一些实施例中,芯片温度修正模块包括:损耗计算单元,被配置为根据散热器到冷却介质的期望热阻、环境温度、芯片的温度、热阻参数和芯片温度扰动量,计算芯片的损耗;温度更新单元,被配置为根据计算的芯片的损耗和损耗参数,得到更新后的芯片的温度;迭代计算单元,被配置为利用更新后的芯片的温度、散热器到冷却介质的期望热阻、环境温度和热阻参数,计算芯片的损耗,直至当前计算的芯片的损耗,与上一次计算的芯片的损耗之间的差值的绝对值小于预设损耗阈值,将更新后的芯片的温度作为修正后的芯片的工作温度。在第一方面的一些实施例中,主控制器还包括关系获取模块,关系获取模块包括热源、风速测试仪和温度传感器和关系获取单元;热源设置于散热器上;风速测试仪设置于散热器的入风口;温度传感器的第一采集点位于散热器表面,采集散热器的温度;温度传感器的第二采集点临近散热器,采集散热器的环境温度;关系获取单元,被配置为根据热源的发热功率、风速测试仪测量得到的风速、温度传感器测量得到的散热器的温度和温度传感器测量得到的散热器的环境温度,得到预设的散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系。在第一方面的一些实施例中,关系获取单元具体被配置为:根据散热器的截面积、单位时间和风速测试仪测量得到的风速,计算获得经过散热器的风量;根据经过散热器的风量,以及温度传感器测量得到的散热器的温度与温度传感器测量得到的散热器的环境温度的温度差,建立经过散热器的风量和温度差的对应关系;根据温度差和热源的发热功率,计算得到散热器到冷却介质的热阻,建立温度差和散热器到冷却介质的热阻的对应关系;根据散热器的风量和温度差的对应关系和与温度差和散热器到冷却介质的热阻的对应关系,建立散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系。在第一方面的一些实施例中,上述用于控制IGBT模块温度的系统还包括风机风速调节模块,风机风速调节模块包括第一风压传感器、第二风压传感器和调节单元;调节单元,被配置为根据期望风量和当前风压,调用包括风量、风压和风机转速的工作特性曲线,得到与期望风量对应的期望风机转速,将散热器的风机的风速调控为期望风机转速;其中,当前风压是第一风压传感器测量获得的第一静压力与第二风压传感器测量获得的第二静压力的差。在第一方面的一些实施例中,第一风压传感器设置于散热器的风机入风口处;第二风压传感器设置于临近散热器所在的散热系统。第二方面,本专利技术实施例提供了一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的方法,包括:获取绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的损耗参数、热阻参数、环境温度以及IGBT模块内芯片的温度,芯片包括IGBT芯片或/和二极管芯片;基于芯片的温度和损耗参数,计算芯片的损耗,并根据芯片的温度、热阻参数、环境温度及芯片的损耗,计算得到IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻;根据预设的散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系,得到与期望热阻对应的期望风量;根据期望风量调控散热器的风机。在第二方面的一些实施例中,上述用于控制IGBT模块温度的方法还包括:据IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻、损耗参数、环境温度、芯片的温度、热阻参数和预设的芯片温度扰动量,得到修正后的芯片的工作温度;其中,芯片的温度为预设温度或上次修正后的芯片的工作温度。在第二方面的一些实施例中,根据IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻、损耗参数、环境温度、芯片的温度、热阻参数和预设的芯片温度扰动量,得到修正后的芯片的工作温度,包括:根据散热器到冷却介质的期望热阻、环境温度、芯片的温度、热阻参数和芯片温度扰动量,计算芯片的损耗;根据计算的芯片的损耗和损耗参数,得到更新后的芯片的温度;利用更新后的芯片的温度、散热器到冷却介质的期望热阻、环境温度和热阻参数,计算芯片的损耗,直至当前计算的芯片的损耗,与上一次计算的芯片的损耗之间的差值的绝对值小于预设损耗阈值,将更新后的芯片的温度作为修正后的芯片的工作温度。在第二方面的一些实施例中,在根据预设的散热器到冷却介质的热阻与经过散热器的风量的对应关系,得到与期望热阻对应的期望风量之前,还包括:根据热源的发热功率、散热器本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统,其特征在于,包括:获取模块,被配置为获取绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的损耗参数、热阻参数、环境温度以及所述IGBT模块内芯片的温度,所述芯片包括IGBT芯片或/和二极管芯片;主控制器包括期望热阻获取模块,期望风量获取模块和风量调节模块;所述期望热阻获取模块,被配置为基于所述芯片的温度和所述损耗参数,计算所述芯片的损耗,并根据所述芯片的温度、所述热阻参数、所述环境温度及所述芯片的损耗,计算得到所述IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻;所述期望风量获取模块,被配置为根据预设的所述散热器到冷却介质的热阻与经过所述散热器的风量的对应关系,得到与所述期望热阻对应的期望风量;所述风量调节模块,被配置为根据所述期望风量调控所述散热器的风机。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制绝缘栅双极型晶体管模块温度的系统,其特征在于,包括:获取模块,被配置为获取绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的损耗参数、热阻参数、环境温度以及所述IGBT模块内芯片的温度,所述芯片包括IGBT芯片或/和二极管芯片;主控制器包括期望热阻获取模块,期望风量获取模块和风量调节模块;所述期望热阻获取模块,被配置为基于所述芯片的温度和所述损耗参数,计算所述芯片的损耗,并根据所述芯片的温度、所述热阻参数、所述环境温度及所述芯片的损耗,计算得到所述IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻;所述期望风量获取模块,被配置为根据预设的所述散热器到冷却介质的热阻与经过所述散热器的风量的对应关系,得到与所述期望热阻对应的期望风量;所述风量调节模块,被配置为根据所述期望风量调控所述散热器的风机。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述主控制器还包括芯片温度修正模块,所述芯片温度修正模块,被配置为根据所述IGBT模块的散热器到冷却介质的期望热阻、所述损耗参数、所述环境温度、所述芯片的温度、所述热阻参数和预设的芯片温度扰动量,得到修正后的所述芯片的工作温度;其中,所述芯片的温度为预设温度或上次修正后的所述芯片的工作温度。3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述芯片温度修正模块包括:损耗计算单元,被配置为根据所述散热器到冷却介质的期望热阻、所述环境温度、所述芯片的温度、所述热阻参数和所述芯片温度扰动量,计算所述芯片的损耗;温度更新单元,被配置为根据计算的所述芯片的损耗和所述损耗参数,得到更新后的所述芯片的温度;迭代计算单元,被配置为利用更新后的所述芯片的温度、所述散热器到冷却介质的期望热阻、所述环境温度和所述热阻参数,计算所述芯片的损耗,直至当前计算的所述芯片的损耗,与上一次计算的所述芯片的损耗之间的差值的绝对值小于预设损耗阈值,将更新后的所述芯片的温度作为修正后的所述芯片的工作温度。4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述主控制器还包括关系获取模块,所述关系获取模块包括热源、风速测试仪和温度传感器和关系获取单元;所述热源设置于所述散热器上;所述风速测试仪设置于所述散热器的入风口;所述温度传感器的第一采集点位于所述散热器表面,采集所述散热器的温度;所述温度传感器的第二采集点临近所述散热器,采集所述散热器的环境温度;所述关系获取单元,被配置为根据所述热源的发热功率、所述风速测试仪测量得到的风速、所述温度传感器测量得到的所述散热器的温度和所述温度传感器测量得到的所述散热器的环境温度,得到预设的所述散热器到冷却介质的热阻与经过所述散热器的风量的对应关系。5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述关系获取单元具体被配置为:根据所述散热器的截面积、单位时间和所述风速测试仪测量得到的风速,计算获得经过所述散热器的风量;根据经过所述散热器的风量,以及所述温度传感器测量得到的所述散热器的温度与所述温度传感器测量得到的所述散热器的环境温度的温度差,建立经过所述散热器的风量和所述温度差的对应关系;根据所述温度差和所述热源的发热功率,计算得到所述散热器到冷却介质的热阻,建立所述温度差和所述散热器到冷却介质的热阻的对应关系;根据所述散热器的风量和所述温度差的对应关系与所述温度差和所述散热器到冷却介质的热阻的对应关系,建立所述散热器到冷却介质的热阻与经过所述散热器的风量的对应关系。6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括风机风速调节模块,所述风机风速调节模块包括第一风压传感器、第二风压传感器和调节单元;所述调节单元,被配置为根据所述期望风量和当前风压,调用包括风量、风压和风机转速的工作特性曲线,得到与所述期望风量对应的期...

【专利技术属性】
技术研发人员:符松格
申请(专利权)人:北京天诚同创电气有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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