确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备技术

本发明专利技术实施例提供了一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备。其中，所述方法包括：根据IGBT模块相应参数，结合输出频率修正系数，获取修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗；根据所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，结合简化的IGBT结‑壳Foster网络热阻模型和二极管结‑壳Foster网络热阻模型，获取IGBT最大结‑壳温升和二极管最大结‑壳温升；根据散热器温度、IGBT的开关损耗和导通损耗、二极管的开关损耗和导通损耗、IGBT壳‑散热器热阻、二极管壳‑散热器热阻、IGBT最大结‑壳温升和二极管最大结‑壳温升，获取IGBT最大结温和二极管最大结温。本发明专利技术实施例提供的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备，可以实时准确得到逆变器各功率器件的最高结温。

Method and Equipment for Determining IGBT Module Junction Temperature of Voltage Source Inverter

The embodiment of the present invention provides a method and equipment for determining the junction temperature of IGBT module of voltage source inverters. The method includes: obtaining the revised IGBT loss and the revised diode loss according to the corresponding parameters of the IGBT module and the output frequency correction coefficient; combining the simplified IGBT junction shell Foster network thermal resistance model and the diode shell Foster network thermal resistance model, obtaining the maximum IGBT junction shell according to the revised IGBT loss and the revised diode loss. Temperature rise and maximum junction shell temperature rise of diode; according to radiator temperature, switching loss and conduction loss of IGBT, switching loss and conduction loss of diode, thermal resistance of IGBT shell radiator, thermal resistance of diode shell radiator, maximum junction shell temperature rise of IGBT and maximum junction shell temperature rise of diode, maximum junction temperature of IGBT and maximum junction shell temperature rise of diode can be obtained. The method and equipment for determining the junction temperature of IGBT module of voltage source inverters provided by the embodiment of the invention can obtain the maximum junction temperature of each power device of the inverters in real time and accurately.

【技术实现步骤摘要】
确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备
本专利技术实施例涉及电力电子
，尤其涉及一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备。
技术介绍
在电力电子系统可靠性调研报告中，功率器件是系统中失效率最大的部件，约占34％。在各类失效因素中，约55％的电力电子系统失效主要由温度因素诱发。因而为了避免功率模块的严重性能退化甚至是永久失效，实时获取功率模块的最大运行结温和结温波动就非常有必要了。然而，目前对模块运行结温的在线提取和检测普遍存在一系列问题。物理接触法通过热敏电阻或热电偶直接接触芯片表面来测量温度，需要改变模块封装，不便推广使用。光学非接触式测量法只能得到模块外表特定时刻的温度，并且在测量时需要打开模块封装，属于破坏性测量方法，不能在产品中使用。温敏参数法利用开关特性等温度敏感参数与结温的关系来推算结温，需要设计专门的测量电路，系统控制难度大，测量精度低。因此，通过IGBT模块建立结温预测模型是间接评估期间运行中结温变化最有效的途径。但目前的研究大多数都是通过有限元分析方法对IGBT模块的热传导过程进行建模，需要详细的器件结构参数，且很难用于不同工况下的IGBT结温在线计算。目前较为常规的结温在线计算方法，基于输出周期平均损耗和平均结温模型，计算IGBT模块的平均结温。这种方法不能计算输出周期内的结温，只适用于基波频率较高的场合。还有一种结温计算方法是基于输出周期平均损耗和瞬态结温模型，可以在线计算得到瞬时结温。但如果需要逆变器所有芯片的瞬时结温，需要计算6个IGBT芯片瞬时结温和6个二极管芯片瞬时结温，计算工作量非常大，难以在既有平台上实现。当然也可以认为三相输出平衡，认为6个模块结温温度一致，只计算1个IGBT芯片瞬时结温和1个二极管芯片瞬时结温。这种方案在输出频率较低甚至输出直流时，计算误差很大，不能忽略。基于上述情况，找到一种可以通过少量的计算得到逆变器各个模块的最大结温，整个计算量相对常规计算方法大幅度减小，计算精度能满足工程使用要求，可以方便地在常用的逆变器控制平台上实现的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，就成为业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术实施例提供了一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法及设备。第一方面，本专利技术的实施例提供了一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，包括：根据IGBT模块的损耗参数、热阻参数和工作参数，获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，结合输出频率修正系数，获取修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗；根据所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，结合简化的IGBT结-壳Foster网络热阻模型和二极管结-壳Foster网络热阻模型，获取IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升；根据散热器温度、IGBT的开关损耗和导通损耗、二极管的开关损耗和导通损耗、IGBT壳-散热器热阻、二极管壳-散热器热阻、IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升，获取IGBT最大结温和二极管最大结温；其中，所述IGBT最大结温和二极管最大结温，共同构成电压型逆变器IGBT模块的最大结温，IGBT和二极管共同构成IGBT模块。进一步地，所述IGBT模块的损耗参数，包括：额定电流下的IGBT单位开关损耗、二极管单位恢复损耗、二极管开关损耗电压关系指数参数、二极管反向恢复损耗的电流关系指数参数、IGBT模块的额定工作电压和额定电流。进一步地，所述热阻参数，包括：IGBT的结-壳Foster网络热阻模型，二极管的结-壳Foster网络热阻模型，IGBT的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数，二极管的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数，IGBT壳-散热器热阻和二极管壳-散热器热阻。进一步地，所述工作参数，包括：直流电压、输出电流、输出频率、开关频率、调制系数、功率因数和散热器温度。进一步地，所述获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，包括：其中，Pcon_i为IGBT的导通损耗，m为调制系数，为功率因数，VCE0为IGBT的饱和压降，iout为输出电流，rCE为IGBT的通态电阻，PSW_i为IGBT的开关损耗，fsw为开关频率，Eon+off为IGBT的单位开关损耗，IN为IGBT模块的额定电流，VDC为直流电压，VN为IGBT模块的额定电压，kv为开关损耗电压关系指数参数，Pcon_d为二极管的导通损耗，VT0为二极管的饱和压降，rF为二极管的通态电阻，Psw_d为二极管的开关损耗，Erec为二极管单位恢复损耗。进一步地，所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，包括：其中，PIGBT为修正后的IGBT损耗，kf_out1和kf_out2为输出频率修正系数,fout为输出频率，PFWD为修正后的二极管损耗。进一步地，所述IGBT最大结温和二极管最大结温，包括：Tjmax_IGBT＝Ths+(Pcon_i+Psw_i)·Rcs_i+ΔTjc_IGBTTjmax_FWD＝Ths+(Pcon_d+Psw_d)·Rcs_d+ΔTjc_FWD其中，Tjmax_IGBT为IGBT最大结温，Tjmax_FWD为二极管最大结温，Ths为散热器温度，Rcs_i为IGBT壳-散热器热阻，Rcs_d为二极管壳-散热器热阻，ΔTjc_IGBT为IGBT最大结-壳温升，ΔTjc_FWD为二极管最大结-壳温升，Rjc_i、kjc_i1和kjc_i2为IGBT的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数，Rjc_d、kjc_d1和kjc_d2二极管的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数。第二方面，本专利技术的实施例提供了一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的装置，包括：修正后损耗获取模块，用于根据IGBT模块的损耗参数、热阻参数和工作参数，获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，结合输出频率修正系数，获取修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗；最大结-壳温升获取模块，用于根据所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，结合简化的IGBT结-壳Foster网络热阻模型和二极管结-壳Foster网络热阻模型，获取IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升；最大结温获取模块，用于根据散热器温度、IGBT的开关损耗和导通损耗、二极管的开关损耗和导通损耗、IGBT壳-散热器热阻、二极管壳-散热器热阻、IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升，获取IGBT最大结温和二极管最大结温；其中，所述IGBT最大结温和二极管最大结温，共同构成电压型逆变器IGBT模块的最大结温，IGBT和二极管共同构成IGBT模块。第三方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法。第四方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，包括：根据IGBT模块的损耗参数、热阻参数和工作参数，获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，结合输出频率修正系数，获取修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗；根据所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，结合简化的IGBT结‑壳Foster网络热阻模型和二极管结‑壳Foster网络热阻模型，获取IGBT最大结‑壳温升和二极管最大结‑壳温升；根据散热器温度、IGBT的开关损耗和导通损耗、二极管的开关损耗和导通损耗、IGBT壳‑散热器热阻、二极管壳‑散热器热阻、IGBT最大结‑壳温升和二极管最大结‑壳温升，获取IGBT最大结温和二极管最大结温；其中，所述IGBT最大结温和二极管最大结温，共同构成电压型逆变器IGBT模块的最大结温，IGBT和二极管共同构成IGBT模块。

【技术特征摘要】
1.一种确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，包括：根据IGBT模块的损耗参数、热阻参数和工作参数，获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，结合输出频率修正系数，获取修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗；根据所述修正后的IGBT损耗和修正后的二极管损耗，结合简化的IGBT结-壳Foster网络热阻模型和二极管结-壳Foster网络热阻模型，获取IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升；根据散热器温度、IGBT的开关损耗和导通损耗、二极管的开关损耗和导通损耗、IGBT壳-散热器热阻、二极管壳-散热器热阻、IGBT最大结-壳温升和二极管最大结-壳温升，获取IGBT最大结温和二极管最大结温；其中，所述IGBT最大结温和二极管最大结温，共同构成电压型逆变器IGBT模块的最大结温，IGBT和二极管共同构成IGBT模块。2.根据权利要求1所述的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，所述IGBT模块的损耗参数，包括：额定电流下的IGBT单位开关损耗、二极管单位恢复损耗、二极管开关损耗电压关系指数参数、二极管反向恢复损耗的电流关系指数参数、IGBT模块的额定工作电压和额定电流。3.根据权利要求1所述的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，所述热阻参数，包括：IGBT的结-壳Foster网络热阻模型，二极管的结-壳Foster网络热阻模型，IGBT的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数，二极管的结-壳Foster网络热阻模型的简化参数，IGBT壳-散热器热阻和二极管壳-散热器热阻。4.根据权利要求1所述的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，所述工作参数，包括：直流电压、输出电流、输出频率、开关频率、调制系数、功率因数和散热器温度。5.根据权利要求1所述的确定电压型逆变器IGBT模块结温的方法，其特征在于，所述获取IGBT的开关损耗和导通损耗，以及二极管的开关损耗和导通损耗，包括：其中，Pcon_i为IGBT的导通损耗，m为调制系数，为功率因数，VCE0为IGBT的饱和压降，iout为输出电流，rCE为IGBT的通态电阻，PSW_i为IGBT的开关损耗，fsw为开关频率，Eon+off为IGBT的单位开关损耗，IN为IGBT模块的额定电流，VDC为直流电压，VN为IGBT模块的额定电压，kv为开关损耗电压关系指数参数，Pcon_d为二极管的导通损耗，VT0为二极管的饱和压降，rF为二极管的通态电阻，Psw_d为二极管的开关损耗，Erec为二极管单位恢复损耗。6.根据权利要求5所述的确定电压型逆变器IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：段三丁，
申请(专利权)人：武汉合康电驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42