IGBT模块壳温的实时估算方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT模块壳温的实时估算方法，本方法在IGBT模块的散热片上安装温度传感器，建立热阻与热容并联的热电路模型，模拟IGBT模块外壳的热传导过程，热电路模型中采用电流来代替热量，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电流输出频率进行线性调整，通过公式计算IGBT模块在第n个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，进而计算得到在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值。本估算方法根据散热片温度和IGBT模块输出电流和频率，实时计算IGBT模块中芯片正下方最高壳温，降低了壳温的估算误差，提高了壳温测量的实时性，保证了IGBT模块的正常可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种IGBT模块壳温的实时估算方法。 
技术介绍
通常在伺服驱动器或变频器中，逆变模块一般采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块，伺服驱动器和变频器工作时，流过IGBT模块的电流较大，开关频率较高，故而器件的损耗也比较大，如果IGBT模块的热量不能及时散掉，使得器件的结温Tj超过最大额定结温Tjmax，则IGBT模块可能损坏。一般IGBT模块的最大额定结温Tjmax是150℃，在任何工作条件下，都不允许超过，否则发生热击穿而造成损坏；一般结温Tj需留有一定的余地，在最恶劣条件下，结温Tj限定在125℃以下，但IGBT模块内结温监测有一定难度，因此通过测量IGBT模块的壳温，根据壳温来限制IGBT模块的输出电流或自动停机以确保IGBT模块的安全。 一般IGBT模块壳温的测量有两种方法，其一，在一些IGBT模块中，将用于测量IGBT模块壳温的温度传感器(NTC)直接封装在模块内的陶瓷基板(DCB)上，NTC是负温度系数热敏电阻，它可以有效地检测IGBT模块的稳态壳温（Tc）。一般IGBT模块会封装2-6个IGBT芯片，每个IGBT芯片由于工作状况不同，对应各IGBT芯片正下方的壳温会有误差，因此采用一种IGBT模块壳温的估算方法，根据IGBT模块散热片温度和输出电流和频率，利用IGBT模块热模型，实时计算各IGBT芯片正下方最高壳温。其二，IGBT模块中无温度传感器（NTC），可在靠近IGBT模块的散热片上安装温度传感器，检测散热片温度，根据IGBT模块内芯片的最大功耗估算其壳温；由于驱动器或变频器工作时IGBT模块内芯片的电流和功耗是实时变化的，所以用该方法估算的壳温误差大，实时性差。
技术实现思路
 本专利技术所要解决的技术问题是提供一种IGBT模块壳温的实时估算方法，本估算方法根据散热片温度和IGBT模块输出电流和频率，利用IGBT模块热模型，实时计算IGBT模块中芯片正下方最高壳温，有效降低了壳温的估算误差， 提高了壳温测量的实时性，保证了IGBT模块的正常、可靠运行。 为解决上述技术问题，本专利技术IGBT模块壳温的实时估算方法在IGBT模块的散热片上安装温度传感器，采用热阻与热容并联的热电路模型来模拟IGBT模块的芯片正下方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模块的损耗可近视看作与流过的电流成正比，热电路模型中采用电流来代替热量，当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块损耗呈周期正弦形式，IGBT模块中芯片正下方的壳温具有周期性，其波动幅度随着频率降低而增高，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电流输出频率进行线性调整，以准确测量IGBT模块中芯片正下方的最高壳温，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△T(n)为： ΔT(n)=1Cth(I-ΔT(n-1)Rth)*Δt+ΔT(n-1)---(1)]]>式（1）中Cth为热容值、Rth为热阻值、△T(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、△t为采样周期时间、I为IGBT模块在第n个采样周期的电流， 则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） 式（2）中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期温度传感器测量值。 本估算方法中，热容值和热阻值可通过实验测量得到，在IBGT芯片下方的散热片上打孔，并在靠近IGBT模块金属底板位置粘贴热电偶，采集热电偶温度和温度传感器温度，使IGBT芯片输出额定电流、电流频率为1Hz，测量稳态时热电偶温度Tc和温度传感器温度Ts，通过下式计算出热阻值Rth1Hz， Rth1Hz=Tc-TsI′---(3)]]>式（3）中，I′为IGBT芯片的额定输出电流； 在IGBT模块冷态时，使IGBT芯片输出1.5倍额定电流、电流频率为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℃所用时间T，同时记录此时的热电偶温度Tc′和温度传感器温度Ts′值，通过下式计算出热 按同样方法可测量和计算IGBT芯片输出电流频率为零时的热容值Cth0Hz和热阻值Rth0Hz， 实际估算IGBT模块壳温时使用的热阻值和热容值根据IGBT芯片输出电流的实际频率进行折算，当输出电流频率f大于等于1Hz时，热容值和热阻值采用Cth1Hz和Rth1Hz；当输出电流频率f在0-1Hz之间时，按下列公式计算热容值和热阻值： Rth=Rth0Hz+Rth1Hz-Rth0Hzf---(5)]]>Cth=Cth0Hz+Cth1Hz-Cth0Hzf---(6)]]>式（5）和式（6）中f为IGBT芯片输出电流频率。 由于本专利技术IGBT模块壳温的实时估算方法采用了上述技术方案，即本方法在IGBT模块的散热片上安装温度传感器，建立热阻与热容并联的热电路模型，模拟IGBT模块外壳的热传导过程，热电路模型中采用电流来代替热量，当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块中芯片正下方的壳温具有周期性，其波动幅度随着频率降低而增高，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电流输出频率进行线性调整，通过公式计算IGBT模块在第n个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差△T(n)，进而计算得到在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)。本估算方法根据散热片温度和IGBT模块输出电流和频率，利用IGBT模块热模型，实时计算IGBT模块中芯片正下方最高壳温，有效降低了壳温的估算误差，提高了壳温测量的实时性，保证了IGBT模块的正常、可靠运行。 附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明： 图1为本方法中热阻与热容并联的热电路模型示意图。 具体实施方式本专利技术IGBT模块壳温的实时估算方法在IGBT模块的散热片上安装温度传感器，如图1所示，采用热阻1与热容2并联的热电路模型来模拟IGBT模块的芯片正下方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模块的损耗可近视看作与流过的电流成正比，热电路模型中采用电流来代替热量，当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块损耗呈周期正弦形式，IGBT模块中芯片正下方的壳温具有周期性，其波动幅度随着频率降低而增高，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电流输出频率进行线性调整，以准确测量IGBT模块中芯片正下方的最高壳温，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△T(n)为： ΔT(n)=1Cth(I-ΔT(n-1)Rth)*Δt+ΔT(n-1)---(1)]]>式（1）中Cth为热容值、Rth为热阻值、△T(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IG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT模块壳温的实时估算方法，其特征在于：本方法在IGBT模块的散热片上安装温度传感器，采用热阻与热容并联的热电路模型来模拟IGBT模块的芯片正下方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模块的损耗可近视看作与流过的电流成正比，热电路模型中采用电流来代替热量，当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块损耗呈周期正弦形式，IGBT模块中芯片正下方的壳温具有周期性，其波动幅度随着频率降低而增高，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电流输出频率进行线性调整，以准确测量IGBT模块中芯片正下方的最高壳温，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△T(n)为：ΔT(n)=1Cth(I-ΔT(n-1)Rth)*Δt+ΔT(n-1)---(1)]]>式（1）中Cth为热容值、Rth为热阻值、△T(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、△t为采样周期时间、I为IGBT模块在第n个采样周期的电流，则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）式（2）中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期温度传感器测量值。...

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块壳温的实时估算方法，其特征在于：本方法在IGBT模块
的散热片上安装温度传感器，采用热阻与热容并联的热电路模型来模拟IGBT
模块的芯片正下方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模块的损耗可近视看作与流过的电流成正
比，热电路模型中采用电流来代替热量，当IGBT模块输出电流为正弦波时，
IGBT模块损耗呈周期正弦形式，IGBT模块中芯片正下方的壳温具有周期性，
其波动幅度随着频率降低而增高，热电路模型中热阻和热容根据IGBT模块电
流输出频率进行线性调整，以准确测量IGBT模块中芯片正下方的最高壳温，
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
△T(n)为：
ΔT(n)=1Cth(I-ΔT(n-1)Rth)*Δt+ΔT(n-1)---(1)]]>式（1）中Cth为热容值、Rth为热阻值、△T(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、△t为采样周期时间、
I为IGBT模块在第n个采样周期的电流，
则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）
式（2）中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期温度传感器测量值。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块壳温的实时估算方法，其特征在于：
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一凡，方艺，
申请(专利权)人：上海英威腾工业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31