IGBT模块的结温计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种IGBT模块的结温计算方法及系统，该方法包括如下步骤：初始时，建立IGBT模块的结温与模块表面温度的对应关系，根据损耗与表面温度建立热阻热容网络模型；计算出IGBT模块的当前损耗；代入热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；从对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，对比实际温度数据与IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用实际温度数据更新热阻热容网络模型中的热容和热阻。本发明专利技术，实现了对热阻热容网络模型中的热容和热阻动态调整，很好地体现了热容和热阻的动态变化，大大提升了结温计算结果的准确性。

Calculation Method and System of IGBT Module Junction Temperature

【技术实现步骤摘要】
IGBT模块的结温计算方法及系统
本专利技术涉及晶体管
，特指一种IGBT模块的结温计算方法及系统。
技术介绍
在电力电子与电力传动领域中，IGBT模块作为开关器件，内部不断开关，由于电流大，开关频率高，这会产生大量的热量。当热量超过半导体所能承受范围时，IGBT模块就会损坏。因此需要实时准确计算IGBT模块内部结温大小以保护IGBT模块。进行结温计算时，传统做法是对IGBT模块内部结构进行大量有限元热分析的离线计算，不断通过曲线拟合方式得到损耗和IGBT模块温度之间的关系，在计算出IGBT模块的损耗之后，通过对等效热阻热容网络的计算，确立IGBT模块的结温。这种做法在研发前期会花费大量的时间去模拟仿真IGBT模块的结构进行热分析；同时，温度计算时多数依赖IGBT/二极管对水冷管的热阻和热容，由于传热效果较明显，当水冷管温度上升以后，热阻和热容就会发生变化，这种实际中的动态变化很难在离线仿真中得以很好的体现，如果计算公式中的热阻热容值不准确，难免会引起误差。
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模块的结温计算方法及系统，解决现有的结温计算无法仿真动态变化的热阻和热容而导致的结温计算误差使得结温计算结果的准确性较差的问题。实现上述目的的技术方案是：本专利技术提供了一种IGBT模块的结温计算方法，包括如下步骤：初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与所述IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；在对IGBT模块进行结温计算时，获取所述IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出所述IGBT模块的当前损耗；将所述IGBT模块的当前损耗输入所述热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；以及实时获取IGBT模块的表面实际温度数据，对比所述实际温度数据与所述IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。本专利技术的计算方法克服了传统估算方式中参数无法适应实际工况的不足，本专利技术以IGBT模块的实际温度数据为基础，实现了对热阻热容网络模型中的热容和热阻动态调整，体现了热容和热阻的动态变化，大大提升了结温计算结果的准确性。本专利技术的结温计算部分与现有传统估算方式相比，形成了一个独立的个体，其与IGBT模块的使用场景和内部控制算法均无关。本专利技术IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系的步骤，包括：提供一第一IGBT模块，将所述第一IGBT模块的上壳体打开以露出其内的IGBT芯片和二极管；控制所述第一IGBT模块运行，并记录对应的电压电流参数，同时利用热成像仪记录所述IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据；提供一第二IGBT模块，于所述第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器；控制所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行，并通过各所述温度传感器记录所述第二IGBT模块的表面温度形成多个量测温度数据；将所述原始温度数据与多个所述量测温度数据经数据拟合得到所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系。本专利技术IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。本专利技术IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，查找出的对应的IGBT模块的结温有多个，选取多个结温中置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。本专利技术IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，实时获取IGBT模块的表面实际温度数据的步骤包括：于所述IGBT模块的外壳表面装设多个温度传感器，通过所装设的多个温度传感器实时获取所述IGBT模块的表面温度。本专利技术还提供了一种IGBT模块的结温计算系统，包括：温度关系建立单元，用于在初始时，建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系；网络模型建立单元，与所述温度关系建立单元连接，用于在初始时，计算出所述IGBT模块的损耗，并根据所述IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；采集单元，用于在对IGBT模块进行结温计算时，采集IGBT模块的当前工作参数；处理单元，与所述温度关系建立单元、所述网络模型建立单元以及所述采集单元连接，所述处理单元用于依据所述采集单元采集的当前工作参数计算出IGBT模块的当前损耗，并根据所述热阻热容网络模型计算得出对应所述IGBT模块的当前损耗的IGBT模块表面温度的预测值，再依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；以及更新单元，所述网络模型建立单元和所述处理单元连接，用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比所述IGBT模块表面温度的预测值与所述实际温度数据，在对比结果为不一致时，则将所述实际温度数据发送给所述网络模型建立单元以通过所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。本专利技术结温计算系统的进一步改进在于，还包括与所述温度关系建立单元连接的热成像仪和多个温度传感器；所述热成像仪用于实时记录一第一IGBT模块运行时的IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据，并将所述原始温度数据发送给所述温度关系建立单元；多个所述温度传感器装设于一第二IGBT模块的外壳上，用于记录所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行时的表面温度形成多个量测温度数据，并将所述量测温度数据发送给温度关系建立单元。本专利技术结温计算系统的进一步改进在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。本专利技术结温计算系统的进一步改进在于，还包括与所述网络模型建立单元和所述处理单元连接的更新单元，所述更新单元用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比所述IGBT模块表面温度的预测值与所述实际温度数据，在对比结果为不一致时，则将所述实际温度数据发送给所述网络模型建立单元以通过所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。本专利技术结温计算系统的进一步改进在于，所述处理单元还用于对查找出的多个IGBT模块的结温，通过置信度选取出置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。本专利技术结温计算系统的进一步改进在于，还包括装设在所述IGBT模块的外壳表面的多个温度传感器，所述的多个温度传感器与所述更新单元通信连接，用于实时获取所述IGBT模块的表面温度并将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，包括如下步骤：初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与所述IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；在对IGBT模块进行结温计算时，获取所述IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出所述IGBT模块的当前损耗；将所述IGBT模块的当前损耗输入所述热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温：以及实时获取IGBT模块的表面实际温度数据，对比所述实际温度数据与所述IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，包括如下步骤：初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与所述IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；在对IGBT模块进行结温计算时，获取所述IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出所述IGBT模块的当前损耗；将所述IGBT模块的当前损耗输入所述热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温：以及实时获取IGBT模块的表面实际温度数据，对比所述实际温度数据与所述IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。2.如权利要求1所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系的步骤，包括：提供一第一IGBT模块，将所述第一IGBT模块的上壳体打开以露出其内的IGBT芯片和二极管；控制所述第一IGBT模块运行，并记录对应的电压电流参数，同时利用热成像仪记录所述IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据；提供一第二IGBT模块，于所述第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器；控制所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行，并通过各所述温度传感器记录所述第二IGBT模块的表面温度形成多个量测温度数据；将所述原始温度数据与多个所述量测温度数据经数据拟合得到所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系。3.如权利要求2所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。4.如权利要求2所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，查找出的对应的IGBT模块的结温有多个，选取多个结温中置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。5.如权利要求1所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，实时获取IGBT模块的表面实际温度数据的步骤包括：于所述IGBT模块的外壳表面装设多个温度传感器，通过所装设的多个温度传感器实时获取所述IGBT模块的表面温度。6.一种IGBT模块的结温计算系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，殷桂来，任广辉，张国亮，
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