一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法技术

本发明专利技术涉及一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，包括：步骤1：获取IGBT模块的几何结构参数和材料特性参数；步骤2：基于几何参数和传热性能建立定角热扩散模型；步骤3：获取IGBT模块的环境信息；步骤4：根据IGBT模块的环境信息获得焊料老化状态监测参量；步骤5：建立IGBT模块材料温度相关特性的Cauer热网络模型；步骤6：通过老化监测参量量化焊料老化对内部传热路径的影响，得到实际传热面积，更新热网络模型参数；步骤7：基于Cauer热网络模型与反馈结温实时估计IGBT模块结温。与现有技术相比，本发明专利技术具有结温估计结果精度高、有效提高评估精度和策略合理性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法
本专利技术涉及IGBT模块结温估计
，尤其是涉及一种焊料老化状态下自适应传热路径修正的IGBT模块结温估计方法。
技术介绍
作为现代电力电子装置与系统的核心半导体器件，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性决定了系统整体的稳定性。结温是可靠性预测的关键状态特征量，其动态响应能够有效评估模块实际运行状态。然而，封装材料的良好密封性导致难以直接测量结温，通常采用基于电热比拟理论建立的RC热网络模型对其进行估计，分为Foster热网络模型和Cauer热网络模型。与反映IGBT模块整体外部热特性的Foster热网络模型不同，根据实际物理结构建立的Cauer热网络模型能够有效地表征内部热行为变化。在长期功率循环与材料热膨胀系数不匹配造成的热机械应力冲击下，焊料老化成为IGBT模块主要的失效形式之一。随着焊料老化进程的不断发展，遭到破坏的内部传热路径削弱了模块的传热能力，致使结温上升。但Cauer热网络模型建模过程中往往忽略上述机制对模型参数的影响，造成结温估计的偏差。现有技术中，例如中国专本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，该方法为内嵌在计算机内的程序，其特征在于，包括：/n步骤1：获取IGBT模块的几何结构参数和材料特性参数；/n步骤2：基于几何参数和传热性能建立定角热扩散模型；/n步骤3：获取IGBT模块的环境信息；/n步骤4：根据IGBT模块的环境信息获得焊料老化状态监测参量；/n步骤5：建立IGBT模块材料温度相关特性的Cauer热网络模型；/n步骤6：通过老化监测参量量化焊料老化对内部传热路径的影响，得到实际传热面积，更新热网络模型参数；/n步骤7：基于Cauer热网络模型与反馈结温实时估计IGBT模块结温。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，该方法为内嵌在计算机内的程序，其特征在于，包括：
步骤1：获取IGBT模块的几何结构参数和材料特性参数；
步骤2：基于几何参数和传热性能建立定角热扩散模型；
步骤3：获取IGBT模块的环境信息；
步骤4：根据IGBT模块的环境信息获得焊料老化状态监测参量；
步骤5：建立IGBT模块材料温度相关特性的Cauer热网络模型；
步骤6：通过老化监测参量量化焊料老化对内部传热路径的影响，得到实际传热面积，更新热网络模型参数；
步骤7：基于Cauer热网络模型与反馈结温实时估计IGBT模块结温。


2.根据权利要求1所述的一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，其特征在于，所述的步骤1中IGBT模块的几何结构参数包括去封装和隔热材料后各物理层的边长和厚度；所述的材料特性系数包括各层的密度以及不同温度下的传热系数和比热容。


3.根据权利要求1所述的一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，其特征在于，所述的步骤2中定角热扩散模型具体为：



其中，θi、ki和ki+1分别为IGBT模块第i层的热扩散角度、导热系数以及第i+1层的导热系数。


4.根据权利要求1所述的一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，其特征在于，所述的步骤3中IGBT模块的环境信息包括IGBT芯片正下方的壳温、基板焊料层边界正下方的壳温和环境温度。


5.根据权利要求4所述的一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，其特征在于，所述的IGBT芯片正下方的壳温和基板焊料层边界正下方的壳温由两个分别安装在IGBT芯片正下方以及基板焊料层边界正下方的温度传感器采集；所述的环境温度由布置在IGBT模块附近环境中的温度传感器采集。


6.根据权利要求1所述的一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，其特征在于，所述的步骤4中焊料老化状态监测参量具体为：



其中，Tdie为IGBT芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔昊杨，滕佳杰，江友华，唐忠，秦伦明，曹以龙，朱武，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31