一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法制造技术

一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法，首先提取IGBT模块的功率损耗模型拟合参数和7阶等效Cauer传热网络模型热阻热容参数以及环境温度，然后根据从电网络模型检测到的当前迭代周期及上一迭代周期的门极触发信号，判断IGBT、反向并联二极管(FWD)在当前迭代周期所处的状态，接着计算出IGBT、FWD在当前迭代周期相应状态的功率损耗，最后IGBT模块传热网络模型综合当前迭代周期的功率损耗及环境温度，求解出IGBT模块温度。本发明专利技术提出的IGBT模块温度求解算法不仅可以实现IGBT模块温度的实时计算，而且能够为IGBT模块的散热设计、性能优化、可靠性评估等方面奠定基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种温度求解算法，具体涉及一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块温度不仅直接影响IGBT模块的散热设计、工作性能和使用寿命，而且还会直接影响到变流器系统的长期可靠性，故获取IGBT模块温度对于确保变流器系统的正常安全运行具有重要意义。现有关于IGBT模块硅芯片PN结温度(结温)、外壳温度的获取方法较多。中国专利ZL：201410205679.8公开的《风电变流器IGBT模块结温在线计算方法》，在考虑IGBT模块电热耦合特性的前提下，基于开关周期损耗在线计算IGBT模块结温；中国专利ZL：201310442045.X公开的《IGBT模块壳温的实时估算方法》，通过建立热阻与热容并联的热电路模型来模拟IGBT模块外壳的热传导过程，进而估算IGBT模块外壳温度；中国专利ZL：201410345265.5公开的《一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法》，利用温敏时间在固定关断电压、电流情况下与IGBT模块工作结温的密切关系，通过提取温敏时间间接计算结温；中国专利ZL：201410853960.2公开的《一种IGBT模块的稳态温度计算方法》，通过输入IGBT模块的功率损耗、结壳热阻、导热接触材料热阻、散热器至环境的热阻，计算IGBT模块硅芯片PN结、外壳的稳态温度。然而，上述专利均未涉及到IGBT模块温度的计算，因为IGBT模块不仅包括硅芯片PN结、外壳，还包括上焊料层、上铜层、陶瓷层、下铜层、下焊料层和基板等结构层。综上所述，目前尚无有关IGBT模块温度的获取方法。因此，专利技术一种全新的IGBT模块温度求解算法，对于提升IGBT模块在工程应用设计中的工作与应用效率具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对上述现有模型及方法的不足，提供一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法。本专利技术所采用的技术方案是：为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：步骤一：提取IGBT模块的功率损耗模型拟合参数a、b、c、d和7阶等效Cauer传热网络模型热阻热容参数R、C以及环境温度TA；步骤二：根据从电网络模型检测到的当前迭代周期及上一迭代周期的门极触发信号VG[k]、VG[k-1]，判断IGBT、反向并联二极管(FWD)在当前迭代周期所处的状态，即导通、开通或关断状态；步骤三：基于当前迭代周期流经IGBT、FWD的电流电压IC[k]、VCE[k]、IF[k]、VD[k]及结温TTj[k]、TDj[k]，计算IGBT、FWD在当前迭代周期相应状态的功率损耗Ploss[k]；步骤四：IGBT模块传热网络模型综合当前迭代周期的功率损耗Ploss[k]及环境温度TA，求解IGBT模块温度T[k+1]；步骤五：如果相邻输出周期的温度迭代变量满足收敛条件，则求解计算终止，输出IGBT模块的功率损耗Ploss[k]和各层温度T[k]；如果相邻输出周期的温度迭代变量不满足收敛条件，则将T[k]、VG[k-1]分别更新为T[k+1]、VG[k]，重复步骤二至四，直到相邻输出周期的温度迭代变量满足收敛条件为止。进一步，步骤二判断IGBT、FWD在当前迭代周期所处状态的标准是：进一步，步骤三中的IGBT导通损耗PTcon、IGBT开通损耗Pon、IGBT关断损耗Poff、FWD导通损耗PDcon、FWD关断损耗(又称反向恢复损耗)Prr分别为：PTcon(TTj,IC)＝aT·TTj+bT上式中，aT和bT分别为： a T = P T c o n ( T T min , I C ) - P T co n ( T T max , I C ) T T min - T T max ]]>bT＝PTcon(TTmin,IC)-aT·TTminPTcon(TTmin,IC)＝a1·IC3+b1·IC2+c1·IC+d1PTcon(TTmax,IC)＝a2·IC3+b2·IC2+c2·IC+d2上式中的拟合系数a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2、d2可以通过MATLAB拟合工具箱拟合得到。FWD导通损耗PDcon计算方法与上述IGBT导通损耗PTcon计算方法类似。IGBT开通损耗Pon为：Pon＝Eon·fsw·VCE/Vrated上式中，fsw为IGBT开关频率；VCE为IGBT集射工作电压，Vrated为IGBT额定工作电压；开通能量Eon为：Eon＝aon·TTj+bonEon(TTmin,IC)＝a3·IC3+b3·IC2+c3·IC+d3Eon(TTmax,IC)＝a4·IC3+b4·IC2+c4·IC+d4 a o n = P o n ( T 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法，其特征在于，实现IGBT模块温度的快速求解包含以下步骤：步骤一：提取IGBT模块的功率损耗模型拟合参数a、b、c、d和7阶等效Cauer传热网络模型热阻热容参数R、C以及环境温度TA；步骤二：根据从电网络模型检测到的当前迭代周期及上一迭代周期的门极触发信号VG[k]、VG[k‑1]，判断IGBT、反向并联二极管FWD在当前迭代周期所处的状态，即导通、开通或关断状态；步骤三：基于当前迭代周期流经IGBT、FWD的电流电压IC[k]、VCE[k]、IF[k]、VD[k]及结温TTj[k]、TDj[k]，计算IGBT、FWD在当前迭代周期相应状态的功率损耗Ploss[k]；步骤四：IGBT模块传热网络模型综合当前迭代周期的功率损耗Ploss[k]及环境温度TA，求解IGBT模块温度T[k+1]；步骤五：如果相邻输出周期的温度迭代变量满足收敛条件，则求解计算终止，输出IGBT模块的功率损耗Ploss[k]和各层温度T[k]；如果相邻输出周期的温度迭代变量不满足收敛条件，则将T[k]、VG[k‑1]分别更新为T[k+1]、VG[k]，重复步骤二至四，直到相邻输出周期的温度迭代变量满足收敛条件为止。...

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管IGBT模块温度求解算法，其特征在于，实现IGBT模块温度的
快速求解包含以下步骤：
步骤一：提取IGBT模块的功率损耗模型拟合参数a、b、c、d和7阶等效Cauer传热
网络模型热阻热容参数R、C以及环境温度TA；
步骤二：根据从电网络模型检测到的当前迭代周期及上一迭代周期的门极触发信号
VG[k]、VG[k-1]，判断IGBT、反向并联二极管FWD在当前迭代周期所处的状态，即导通、
开通或关断状态；
步骤三：基于当前迭代周期流经IGBT、FWD的电流电压IC[k]、VCE[k]、IF[k]、VD[k]
及结温TTj[k]、TDj[k]，计算IGBT、FWD在当前迭代周期相应状态的功率损耗Ploss[k]；
步骤四：IGBT模块传热网络模型综合当前迭代周期的功率损耗Ploss[k]及环境温度TA，
求解IGBT模块温度T[k+1]；
步骤五：如果相邻输出周期的温度迭代变量满足收敛条...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐波，刘任，吴卓，江浩田，孙睿，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42