一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法技术

本发明专利技术涉及一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，其技术特点是：本发明专利技术通过建立IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型，并根据单个IGCT水冷散热器进行计算的结果对IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型进行计算，从而得到准确的IGCT功率器件结温。本发明专利技术在对单个IGCT水冷散热器进行计算时，通过分析进出水温差异及水路差异的影响，在考虑了水冷散热器正反两面热耦合效应，简化抽象出热耦合模型，提高了水冷散热器模型精度；在对n级串联散热耦合因素影响建立了IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型，并得到通用的计算方法，本发明专利技术能够准确的计算功率器件结温，可用于对功率器件温升精确估计，易于软件编程实现。现。现。

【技术实现步骤摘要】
一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法


[0001]本专利技术属于水冷电力电子设备领域，尤其是一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法。

技术介绍

[0002]中压变流器内的核心元件为IGCT晶体管和快恢复二极管组成的功率模块。同样它们也是系统内的主要热损耗源，如热量累计发热超过允许的最高结温，将会严重影响功率模块的使用性能和系统可靠性。因此对IGCT器件的结温计算和保护控制研究至关重要，此外如何有效确定水冷散热装置热阻也是IGCT结温计算中的一个关键问题。
[0003]解决上述问题的常用方法为热源测温或仿真建模，例如文献(马元社，特高压换流阀用水冷散热器热阻测试方法研究)和文献(许佩佩，基于Icepak的水冷板水冷散热器性能研究)分别提出基于直接测试和icepak建模来测定水冷散热器热阻测定方法。这些方法都没有考虑水冷散热器多级串联压接条件下，由发热功率实时变化的热耦合效应带来的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，解决现有的IGCT模块结温计算方法中未考虑水冷系统中多级功率
‑
发热耦合对温度分布影响而使得结温的预测脱离实际应用并且预测结果不准确的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、建立散热器温升热阻模型，并利用该温升热阻模型计算单个IGCT水冷散热器的散热器热阻参数；
[0008]步骤2、建立IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型；
[0009]步骤3、根据步骤1的计算结果并使用IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型进行计算，得到IGCT功率器件的结温。
[0010]而且，所述步骤1建立散热器温升热阻模型的方法为：将水冷散热器的出水口划为A面，将水冷散热器的进水口划为B面，若A面单独散热，则
[0011]T
A
＝P
A
*R
A
[0012]若B面单独散热，则
[0013]T
B
＝P
B
*R
B
[0014]若AB两面同时散热，则
[0015]T
A
＝P
A
*R
A
+P
B
*R
LA
[0016]T
B
＝P
B
*R
B
+P
A
*R
LB
[0017]其中，T
A
为水冷散热器A面升高的温度，T
B
为水冷散热器B面升高的温度，P
A
为热源IGCT A面发热功率，P
B
为热源IGCT B面发热功率，R
A
为水冷散热器A面热阻，R
B
为水冷散热器
B面热阻，R
LA
为水冷散热器A面耦合热阻，R
LB
为水冷散热器B面耦合热阻。
[0018]而且，所述步骤2中建立的IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型由多个相同结构的水冷散热器模型串联压接构成；所述水冷散热器模型包括：IGCT功率器件发热源P，IGCT功率器件流向A面的散热功率P
A
，IGCT功率器件流向B面的散热功率P
B
，IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
，IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
，水冷散热器A面热阻R
A
，水冷散热器B面热阻R
B
，水冷散热器A面耦合热阻R
LA
，水冷散热器B面耦合热阻R
LB
，测量水冷散热器A面受其B面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置；IGCT功率器件发热源P串联IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
、水冷散热器A面热阻R
A
和测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置后接地，IGCT功率器件发热源P串联IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
、水冷散热器B面热阻R
B
和测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置后接地，IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
、水冷散热器A面热阻R
A
、IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
和水冷散热器B面热阻R
B
的两端分别并联一个电容；水冷散热器模型测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置与接地间设置A面电流输入节点，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置的另一输出端为A面电流输出节点，水冷散热器模型测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置与接地间设置B面电流输入节点，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置的另一输出端为B面电流输出节点，A面电流输出节点通过水冷散热器A面耦合热阻R
LA
连接上一级水冷散热器的B面电流输入节点，上一级水冷散热器的B面电流输出节点通过上一级水冷散热器B面耦合热阻连接A面电流输入节点，水冷散热器的B面电流输出节点通过水冷散热器B面耦合热阻R
LB
连接下一级水冷散热器A面电流输入节点，下一级水冷散热器的A面电流输出节点通过上一级水冷散热器A面耦合热阻连接水冷散热器的B面电流输入节点。
[0019]而且，所述步骤3的具体计算方法为：
[0020]P1＝P
A1
+P
B1
[0021]P
A1
·
(R
jhA
+R
A1
)+ΔT
A1
＝P
B1
·
(R
jhB
+R
B1
)+ΔT
B1
[0022]ΔT
A1
＝0
·
R
LA1
[0023]ΔT
B1
＝P
An
‑1·
R
LB1
[0024]P
n
‑1＝P
An
‑1+P
Bn
‑1[0025]P
An
‑1·
(R
jhA
+R
An
‑1)+ΔT
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立散热器温升热阻模型，并利用该温升热阻模型计算单个IGCT水冷散热器的散热器热阻参数；步骤2、建立IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型；步骤3、根据步骤1的计算结果并使用IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型进行计算，得到IGCT功率器件的结温。2.根据权利要求1所述的一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，其特征在于：所述步骤1建立散热器温升热阻模型的方法为：将水冷散热器的出水口划为A面，将水冷散热器的进水口划为B面，若A面单独散热，则T
A
＝P
A
*R
A
若B面单独散热，则T
B
＝P
B
*R
B
若AB两面同时散热，则T
A
＝P
A
*R
A
+P
B
*R
LA
T
B
＝P
B
*R
B
+P
A
*R
LB
其中，T
A
为水冷散热器A面升高的温度，T
B
为水冷散热器B面升高的温度，P
A
为热源IGCT A面发热功率，P
B
为热源IGCT B面发热功率，R
A
为水冷散热器A面热阻，R
B
为水冷散热器B面热阻，R
LA
为水冷散热器A面耦合热阻，R
LB
为水冷散热器B面耦合热阻。3.根据权利要求1所述的一种IGCT水冷散热器建模及其结温计算方法，其特征在于：所述步骤2中建立的IGCT水冷系统n级串联压接水冷散热器模型由多个相同结构的水冷散热器模型串联压接构成；所述水冷散热器模型包括：IGCT功率器件发热源P，IGCT功率器件流向A面的散热功率P
A
，IGCT功率器件流向B面的散热功率P
B
，IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
，IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
，水冷散热器A面热阻R
A
，水冷散热器B面热阻R
B
，水冷散热器A面耦合热阻R
LA
，水冷散热器B面耦合热阻R
LB
，测量水冷散热器A面受其B面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置；IGCT功率器件发热源P串联IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
、水冷散热器A面热阻R
A
和测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置后接地，IGCT功率器件发热源P串联IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
、水冷散热器B面热阻R
B
和测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置后接地，IGCT结温到水冷散热器A面的等效热阻R
jhA
、水冷散热器A面热阻R
A
、IGCT结温到水冷散热器B面的等效热阻R
jhB
和水冷散热器B面热阻R
B
的两端分别并联一个电容；水冷散热器模型测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置与接地间设置A面电流输入节点，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
A
装置的另一输出端为A面电流输出节点，水冷散热器模型测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置与接地间设置B面电流输入节点，测量水冷散热器B面受其A面热耦合效应等效出的附加温升ΔT
B
装置的另一输出端为B面电流输出节点，A面电流输出节点通过水冷散热器A面耦合热阻R
LA
连接上一级水冷散热器的B面电流输入节点，上一级水冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：田凯，俞智斌，楚子林，王自满，姜一达，李楠，杨敬然，
申请(专利权)人：天津电气科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：