IGBT模块结温的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种IGBT模块结温的计算方法及系统，该计算方法括如下步骤：获取IGBT模块的初始结温；计算所述IGBT模块的损耗；依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升；以及将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温。本发明专利技术通过建立的热网络方程，充分考虑了冷却系统对IGBT模块的结温的影响，使得结温估算的结果更加准确。解决了现有结温预测中未考虑冷却系统而导致的不全面、不准确的问题。

Calculation Method and System of IGBT Module Junction Temperature

【技术实现步骤摘要】
IGBT模块结温的计算方法及系统
本专利技术涉及晶体管
，特指一种IGBT模块结温的计算方法及系统。
技术介绍
IGBT模块是当前应用广泛的功率器件，其重要性不言而喻。但在功率器件工作过程中，其工作温度不能超过其结温，否则会造成器件的损坏。根据以往的统计数据，IGBT工作时的结温过高，超过了其所允许的最高结温，通常会造成永久性的不可逆失效。同时，长期工作在高温，会影响IGBT寿命；但若控制工作温度过低，IGBT不能发挥最大效率。所以，IGBT模块在使用中为了降低结温，都会安装相应的冷却循环系统，保证IGBT模块的有效工作。以往有许多关于IGBT模块结温的研究和应用，都是考虑损耗对温度的影响，而都未考虑冷却系统对温度的影响。现有技术中未有包含冷却系统的IGBT模块的结温预测方法，脱离了实际应用，而包含冷却系统的IGBT模块的结温计算恰是实际最需要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种IGBT模块结温的计算方法及系统，解决现有的IGBT模块结温计算方法中未考虑冷却系统对温度影响而使得结温的预测脱离实际应用、预测结果不准确的问题。实现上述目的的技术方案是：本专利技术提供了一种IGBT模块结温的计算方法，括如下步骤：获取IGBT模块的初始结温；计算所述IGBT模块的损耗；依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升；以及将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温。本专利技术通过建立的热网络方程，充分考虑了冷却系统对IGBT模块的结温的影响，使得结温估算的结果更加准确。解决了现有结温预测中未考虑冷却系统而导致的不全面、不准确的问题。本专利技术IGBT模块结温的计算方法的进一步改进在于，计算所述IGBT模块的损耗的步骤，包括：计算所述IGBT模块中的每一个IGBT芯片的导通损耗和开关损耗，所述IGBT芯片的导通损耗通过如下公式计算得到：式一中，QIGBTcond为IGBT芯片在一个开关周期内的导通损耗，t1为IGBT芯片在一个开关周期内的导通时间，Vce为IGBT芯片导通降压，rce为IGBT芯片的导通阻值；i是相电流，a1至a5为系数；所述IGBT芯片的开关损耗通过如下公式计算得到：式二中，QIGBTswitch为IGBT芯片在一个开关周期内的开关损耗，i是相电流，b1至b3为系数，β为IGBT芯片在一个开关周期内的开关次数；将计算得到的IGBT芯片的导通损耗与开关损耗求和以得到IGBT芯片的损耗；计算所述IGBT模块中的每一个二极管的导通损耗和开关损耗，所述二极管的导通损耗通过如下公式计算得到：式三中，QDiodecond为二极管的一个开关周期内的导通损耗，t2为二极管在一个开关周期内的导通时间，Vd为二极管的导通降压，rd为二极管的导通阻值，i是相电流，c1至c5为系数；式四中，QDiodeswitch为二极管的一个开关周期内的开关损耗，i为相电流，d1至d3为系数，β为二极管在一个开关周期内的开关次数；将计算得到的二极管的导通损耗与开关损耗求和以得到二极管的损耗。本专利技术IGBT模块结温的计算方法的进一步改进在于，依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程时，将所述IGBT模块中的各IGBT芯片和二极管分别作为一热节点，将各IGBT芯片和二极管映射于冷却板与冷却系统的接触点作为一热节点，将所述冷却系统作为一热节点；依据上述所有的热节点建立所述IGBT模块传热的热网络方程，所述热网络方程为：方程一中，Ck为节点k的热容，Qk为节点k的损耗，Tk为节点k的温度，Tj为节点j的温度，Rkj为节点k和节点j之间的热阻，ΔT为节点k在Δt时间内上升的温度，n为热网络的节点数，m＝n-1。本专利技术IGBT模块结温的计算方法的进一步改进在于，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升的步骤，包括：依据所述方程一建立每一IGBT芯片和二极管的热网络方程；将每一IGBT芯片和二极管的损耗代入对应的热网络方程中并求解出每一IGBT芯片和二极管的温升。本专利技术IGBT模块结温的计算方法的进一步改进在于，将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温的步骤，包括：将每一IGBT芯片和二极管的温升与对应的初始结温求和并得到对应的IGBT芯片和二极管的结温；选取IGBT芯片和二极管的结温中的最大值作为IGBT模块的结温。本专利技术还提供了一种IGBT模块结温的计算系统，包括：采集单元，与IGBT模块通信连接，用于采集IGBT模块的温度；以及与所述采集单元连接的控制单元，所述控制单元用于依据IGBT模块的温度计算得出IGBT模块的初始结温；还用于计算IGBT模块的损耗，并依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立IGBT模块传热的热网络方程，将所述IGBT模块的损耗代入所述热网络方程中计算得到IGBT模块的温升，进而依据IGBT模块的温升与对应的IGBT模块的初始结温相加得到IGBT模块的结温。本专利技术IGBT模块结温的计算系统的进一步改进在于，所述控制单元内存储有IGBT芯片导通损耗和开关损耗计算公式和二极管导通损耗与开关损耗计算公式；所述IGBT芯片导通损耗计算公式如下：式一中，QIGBTcond为IGBT芯片在一个开关周期内的导通损耗，t1为IGBT芯片在一个开关周期内的导通时间，Vce为IGBT芯片导通降压，rce为IGBT芯片的导通阻值；i是相电流，a1至a5为系数；所述IGBT芯片开关损耗计算公式如下：式二中，QIGBTswitch为IGBT芯片在一个开关周期内的开关损耗，i是相电流，b1至b3为系数，β为IGBT芯片在一个开关周期内的开关次数；所述二极管导通损耗计算公式如下：式三中，QDiodecond为二极管的一个开关周期内的导通损耗，t2为二极管在一个开关周期内的导通时间，Vd为二极管的导通降压，rd为二极管的导通阻值，i是相电流，c1至c5为系数；所述二极管开关损耗计算公式如下：式四中，QDiodeswitch为二极管的一个开关周期内的开关损耗，i为相电流，d1至d3为系数，β为二极管在一个开关周期内的开关次数；所述控制单元根据式一至式四计算得到IGBT模块中的每一IGBT芯片的损耗和二极管的损耗。本专利技术IGBT模块结温的计算系统的进一步改进在于，所述控制单元依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程时，将所述IGBT模块中的各IGBT芯片和二极管分别作为一热节点，将各IGBT芯片和二极管映射于冷却板与冷却系统的接触点作为一热节点，将所述冷却系统作为一热节点；所述控制单元依据上述所有的热节点建立IGBT模块传热的热网络方程，所述热网络方程为：方程一中，Ck为节点k的热容，Qk为节点k的损耗，Tk为节点k的温度，Tj为节点j的温度，Rkj为节点k和节点j之间的热阻，ΔT为节点k在Δt时间内上升的温度，n为热网络的节点数，m＝n-1。本专利技术IGBT模块结温的计算系统的进一步改进在于，所述控制单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：获取IGBT模块的初始结温；计算所述IGBT模块的损耗；依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升；以及将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：获取IGBT模块的初始结温；计算所述IGBT模块的损耗；依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升；以及将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温。2.如权利要求1所述的IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，计算所述IGBT模块的损耗的步骤，包括：计算所述IGBT模块中的每一个IGBT芯片的导通损耗和开关损耗，所述IGBT芯片的导通损耗通过如下公式计算得到：式一中，QIGBTcond为IGBT芯片在一个开关周期内的导通损耗，t1为IGBT芯片在一个开关周期内的导通时间，Vce为IGBT芯片导通降压，rce为IGBT芯片的导通阻值；i是相电流，a1至a5为系数；所述IGBT芯片的开关损耗通过如下公式计算得到：式二中，QIGBTswitch为IGBT芯片在一个开关周期内的开关损耗，i是相电流，b1至b3为系数，β为IGBT芯片在一个开关周期内的开关次数；将计算得到的IGBT芯片的导通损耗与开关损耗求和以得到IGBT芯片的损耗；计算所述IGBT模块中的每一个二极管的导通损耗和开关损耗，所述二极管的导通损耗通过如下公式计算得到：式三中，QDiodecond为二极管的一个开关周期内的导通损耗，t2为二极管在一个开关周期内的导通时间，Vd为二极管的导通降压，rd为二极管的导通阻值，i是相电流，c1至c5为系数；式四中，QDiodeswitch为二极管的一个开关周期内的开关损耗，i为相电流，d1至d3为系数，β为二极管在一个开关周期内的开关次数；将计算得到的二极管的导通损耗与开关损耗求和以得到二极管的损耗。3.如权利要求2所述的IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，依据所述IGBT模块和冷却系统间的传热关系建立所述IGBT模块传热的热网络方程时，将所述IGBT模块中的各IGBT芯片和二极管分别作为一热节点，将各IGBT芯片和二极管映射于冷却板与冷却系统的接触点作为一热节点，将所述冷却系统作为一热节点；依据上述所有的热节点建立所述IGBT模块传热的热网络方程，所述热网络方程为：方程一中，Ck为节点k的热容，Qk为节点k的损耗，Tk为节点k的温度，Tj为节点j的温度，Rkj为节点k和节点j之间的热阻，ΔT为节点k在Δt时间内上升的温度，n为热网络的节点数，m＝n-1。4.如权利要求3所述的IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，将所述IGBT模块的损耗代入所建立的热网络方程中以计算得出所述IGBT模块的温升的步骤，包括：依据所述方程一建立每一IGBT芯片和二极管的热网络方程；将每一IGBT芯片和二极管的损耗代入对应的热网络方程中并求解出每一IGBT芯片和二极管的温升。5.如权利要求4所述的IGBT模块结温的计算方法，其特征在于，将所述IGBT模块的温升与对应的所述IGBT模块的初始结温相加得到所述IGBT模块的结温的步骤，包括：将每一IGBT芯片和二极管的温升与对应的初始结温求和并得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，张国亮，任广辉，於挺，殷桂来，孙彦超，
申请(专利权)人：上海金脉电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31