IGBT模块壳温的估算方法技术

本发明专利技术提供一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：

Estimation Method of IGBT Module Shell Temperature

The invention provides a method for estimating the shell temperature of an IGBT module, which includes the following steps: firstly, the thermal circuit model parallel to the thermal resistance and heat capacity is used to simulate the heat conduction process of the IGBT module shell directly below the IGBT chip of the IGBT module; secondly, when the output current of the IGBT module is sinusoidal, the temperature sensor of the IGBT module on the radiator is sampled; secondly, the temperature of the IGBT module is measured in the nth sampling period. The temperature difference between the measured value of the degree sensor and the shell temperature of the IGBT module is as follows:

【技术实现步骤摘要】
IGBT模块壳温的估算方法
本专利技术涉及一种集成电路模块的温度测量方法，尤其是一种IGBT模块壳温的估算方法。
技术介绍
在变频器中，逆变模块一般采用IGBT模块，当变频器工作时，流过IGBT模块的电流较大，开关频率较高，损耗也比较大，如果IGBT模块的热量不能及时散掉，会使的器件结温超过最大额定结温，造成IGBT模块损坏。一般测量IGBT模块结温有一定难度，因此通过测量IGBT模块的壳温，根据壳温来限制IGBT模块的输出电流或者自动停机确保IGBT模块的安全。IGBT模块壳温测量方法有两种，一种是采样IGBT模块中内置的NTC(一种热敏电阻)。一般IGBT模块会封装2-6个IGBT芯片，每个IGBT芯片工作状态不同，对应IGBT芯片下方的壳温会有误差。另一种方法是直接在靠近IGBT模块的散热片上安装温度传感器，检测散热片温度。由于变频器工作时IGBT模块内功耗是实时变化的该方法误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种IGBT模块壳温的估算方法，能够得到IGBT模块内IGBT芯片正下方的实时壳温，可根据此实时壳温采取IGBT模块的过热保护控制，从而保证IGBT模块工作在安全范围内。本专利技术采用的技术方案是：一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：其中Cth为当前载波频率对应的热容值，Rth为当前载波频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；IGBT模块壳温为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：Tc(n)＝Ts(n)+△T(n)(2)其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。进一步地，热阻值通过实验测量得到，测量方法为：在IGBT模块下方的散热片上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴测温元件，采集测温元件温度和散热片上温度传感器温度，使IGBT模块输出额定电流Ir，电流频率为f，测量稳态时测温元件温度Tc和温度传感器温度Ts，当前电流频率对应的热阻值Rth(f)＝(Tc-Ts)/Ir改变电流频率f多次测量，模拟出热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线；根据热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Rth。进一步地，热容值通过实验测量得到，测量方法为：在IGBT模块冷却后，使IGBT模块输出m倍额定电流、电流频率为f，测量测温元件温度和温度传感器温度，记录测温元件温度上升一个设定温度过程所用时间T，同时记录测温元件温度上升一个设定温度结束时刻的测温元件温度Tc′和温度传感器温度Ts′，计算出当前电流频率对应的热容值Cth(f)＝-T/Rth(f)*ln(1-(Tc′-Ts′/m*Ir*Rth(f)))改变电流频率f多次测量，模拟出热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线；根据热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Cth。更进一步地，f初始值取1Hz。更进一步地，m取1.5。本专利技术的优点：本专利技术根据散热片温度和IGBT模块输出电流和频率，利用IGBT模块热电路模型，计算IGBT模块内IGBT芯片正下方的壳温，有效降低了壳温的估算误差，保证IGBT模块的正常运行。附图说明图1为本专利技术的IGBT模块以及测温示意图。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例中，IGBT模块1内封装有四个IGBT芯片2；IGBT模块1底部设有金属底板；散热片3通常与IGBT模块的金属底板紧贴，安装在IGBT模块下方；本专利技术提出一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：步骤S1，在IGBT模块的散热片上安装温度传感器4，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；在IGBT模块的载波频率固定、直流电压变化范围小的情况下，IGBT模块的损耗可近似为与电流成正比；当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块损耗呈现周期正弦形式，IGBT模块中IGBT芯片正下方的壳温具有周期性；采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：其中Cth为当前电流频率对应的热容值，Rth为当前电流频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；IGBT模块壳温本专利技术中为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：Tc(n)＝Ts(n)+△T(n)(2)其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。热容值和热阻值通过实验测量得到。步骤S3，热阻值的测量；在IGBT模块下方的散热片3上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴热电偶，采集热电偶温度和散热片上温度传感器温度，使IGBT模块输出额定电流Ir，电流频率为f(比如1Hz)，测量稳态时热电偶温度Tc和温度传感器温度Ts，当前电流频率对应的热阻值Rth(f)＝(Tc-Ts)/Ir改变电流频率f多次测量，模拟出热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线；根据热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线即可求得公式(1)中的Rth。步骤S4，热容值测量；在IGBT模块冷却后，使IGBT模块输出1.5倍额定电流、电流频率为f(比如1Hz)，测量热电偶温度和温度传感器温度，记录热电偶温度上升25度过程所用时间T，同时记录热电偶温度上升25度结束时刻的热电偶温度Tc′和温度传感器温度Ts′，计算出当前电流频率对应的热容值Cth(f)＝-T/Rth(f)*ln(1-(Tc′-Ts′/1.5Ir*Rth(f)))改变电流频率f多次测量，模拟出热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线；根据热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线即可求得公式(1)中的Cth。最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照实例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：其中Cth为当前电流频率对应的热容值，Rth为当前电流频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；IGBT模块壳温为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：Tc(n)＝Ts(n)+△T(n)(2)其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。2.如权利要求1所述的IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，热阻值通过实验测量得到，测量方法为：在IGBT模块下方的散热片上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴测温元件，采集测温元件温度和散热片上温度传感器温...

【专利技术属性】
技术研发人员：成星，赵鹏，皮彬彬，黄洋，
申请(专利权)人：江苏中科君芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32