一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型制造技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，尤其涉及一种考虑热耦合的参数自适应的大功率压接IGBT模块的稳态结温预测模型及其参数提取方法。针对高功率密度压接IGBT模块内芯片发热相互影响不可忽略的问题及其双面散热特性，基于三维模型的温度场分析和基本电路理论，给出了建立压接IGBT模块考虑热耦合及散热器的稳态等效热阻网络模型的方法，以用于芯片结温的预测。本发明专利技术模型的参数根据不同散热条件进行修正，对不同工况和散热器流量具有普遍适用性，且利用模型对应的等效热耦合矩阵元素定量分析热耦合影响因素，同时为器件厂家提供给用户的模型参数一个新的思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型。
技术介绍
基于绝缘栅双极型晶体管IGBT的电压源换流器已在直流输电系统中得到广泛应用。作为直流输电系统中能量转换的关键设备，电压源换流器是影响其运行安全性和可靠性的重要环节。IGBT模块的结温一方面结温影响器件的特性及寿命，另一方面模块内部的热均衡对提高其使用容量和效率有重要意义。然而，其结温却很难通过实验手段直接测量。一种普遍认可的方法是建立其等效热路模型，与电气系统实现快速的电热联合仿真以预测不同工况下芯片结温。相对传统焊接IGBT，压接型IGBT模块由于其双面散热、短路失效、高可靠性等优良特性，对更大容量的柔直换流器有着良好的应用前景。但同时采用多芯片紧凑布置使模块内芯片间相互的发热影响比焊接IGBT已成为一个不容忽略的问题，双面散热的特点使得IGBT模块至散热器的散热路径更为复杂，散热器流量等参数对IGBT等效热模型参数的影响也成为了新的问题。而传统应用厂家数据手册IGBT或Diode芯片相互独立测试的稳态热阻或瞬态热阻抗曲线建立的等效热路模型不能反映二极管与IGBT芯片间的发热影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型，其特征在于，包括：步骤一：获取压接型IGBT模块及其散热器的物理结构及材料参数，包括IGBT模块内部各材料层尺寸、材料导热系数λ、材料比热容Cp、材料密度ρ及厂家数据手册的瞬态热阻抗曲线，散热器流道结构、冷却媒质的物理特性；步骤二：基于有限元仿真软件建立IGBT模块、散热器的三维仿真模型；步骤三：获取考虑热耦合的等效热阻抗矩阵及其参数，包括热耦合等效热阻矩阵RETC形式及其结温计算矩阵式，自热阻Rii、互热阻Rij定义式，温度参考点选取，热源逐一独立作用获取矩阵元素的方法；步骤四：计算热耦合等效热阻矩阵参数，包括固有热阻矩阵R0与附加热阻矩阵R...

【技术特征摘要】
1.一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型，其特征在于，包括：步骤一：获取压接型IGBT模块及其散热器的物理结构及材料参数，包括IGBT模块内部各材料层尺寸、材料导热系数λ、材料比热容Cp、材料密度ρ及厂家数据手册的瞬态热阻抗曲线，散热器流道结构、冷却媒质的物理特性；步骤二：基于有限元仿真软件建立IGBT模块、散热器的三维仿真模型；步骤三：获取考虑热耦合的等效热阻抗矩阵及其参数，包括热耦合等效热阻矩阵RETC形式及其结温计算矩阵式，自热阻Rii、互热阻Rij定义式，温度参考点选取，热源逐一独立作用获取矩阵元素的方法；步骤四：计算热耦合等效热阻矩阵参数，包括固有热阻矩阵R0与附加热阻矩阵RQ；步骤五：基于热耦合等效热阻矩阵RETC等效变换及芯片功比-结温曲线建立等效热阻网络模型。2.根据权利要求1所述的一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型，其特征在于，压接IGBT模块与散热器的系统结温由下式得到：其中，Ti为芯片i的结温，Pi为芯片i的功率损耗，i＝1,2,…,n，n为芯片的总数量，Tref为参考点温度,热耦合等效电路对应的热阻矩阵i≠j时，Rij为芯片i的自热阻Rii和芯片i与芯片j的耦合热阻即互热阻，j＝1,2,…,n，Tj为芯片j的结温，Pj为芯片j的功率损耗；i＝j时，Rij即Rii为芯片i的自热阻，计算得到矩阵R全部元素。3.根据权利要求2所述的一种考虑热耦合的压接IGBT模块稳态结温预测模型，其特征在于，所述热耦合等效热阻阵RETC为一个不随散热器流量变化的固有热阻矩阵R0与一个由散热器流量决定的附加热阻矩阵RQ之和：RETC＝R0+RQ对流换热热阻Rconv与流...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，魏昕，李静怡，崔翔，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11