一种半导体功率器件结温的确定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体功率器件结温的确定方法和装置，获取半导体功率器件的实时断态电压、实时通态电流以及所述半导体功率器件的散热器进水口的实时水温；将半导体功率器件的实时电压、实时电流以及所述散热器进水口的实时水温输入预先构建的热电耦合模型进行解耦，得到半导体功率器件的实时结温。本发明专利技术通过半导体功率器件的实时电压和实时电流对热电耦合模型进行解耦，实时性强。本发明专利技术不仅满足实时的高精度需求，且无需额外配置相应设备，降低了结温计算所需的软硬件投入，从而实现在工程上简单且准确的实时结温计算。程上简单且准确的实时结温计算。程上简单且准确的实时结温计算。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体功率器件结温的确定方法和装置


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种半导体功率器件结温的确定方法和装置。

技术介绍

[0002]模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由模块化、标准化的子模块串联构成，易于扩展，MMC是实现交\直和直\交变换的基本单元，其谐波含量少，且开关损耗低，适用于柔性直流输电、静止无功补偿和高压变频等应用场合。
[0003]MMC包括多个子模块，子模块包括半导体功率器件(如IGBT模块)。半导体功率器件在开通瞬间、关断瞬间和稳态导通过程中会产生损耗，损失的能量会转化为热能，导致子模块发热。而随着半导体功率器件损耗的增大，半导体功率器件的温度(即结温)会随损耗的增大而升高，当半导体功率器件的实际温度高于半导体功率器件的耐受值时，半导体功率器件将无法正常工作，这是半导体功率器件失效的一种表现形式，称之为半导体功率器件的热失效。
[0004]为保证MMC在各种稳态和暂态工况下半导体功率器件不出现热失效，需要实时获取半导体功率器件的结温。受半导体功率器件技术限制，无法直接对MMC中所采用的半导体功率器件的结温进行测量，故需要对半导体功率器件的结温进行计算，并根据计算的结温避免半导体功率器件出现热失效。
[0005]现有技术中通常采用基于热阻抗模型或采用专用实时仿真工具对半导体功率器件的结温进行计算，其中，热阻抗模型对半导体功率器件结温一般为在线估算，精度低；其中采用专用实时仿真工具对半导体功率器件结温一般为迭代计算，计算量大，需要额外配置相应设备，成本高，且实时性差。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术中实时性差的不足，本专利技术提供一种半导体功率器件结温的确定方法，包括：
[0007]获取半导体功率器件的实时断态电压、实时通态电流以及半导体功率器件的散热器进水口的实时水温；
[0008]将半导体功率器件的实时电压、实时电流以及散热器进水口的实时水温输入预先构建的热电耦合模型进行解耦，得到半导体功率器件的实时结温。
[0009]热电耦合模型的构建，包括：
[0010]基于半导体功率器件的拓扑结构、半导体功率器件的参数和散热器的参数构建热电耦合模型；
[0011]热电耦合模型包括损耗模型和热阻模型。
[0012]将半导体功率器件的实时电压、实时电流以及散热器进水口的实时水温输入预先构建的热电耦合模型进行解耦，得到半导体功率器件的实时结温，包括：
[0013]将半导体功率器件的实时断态电压和实时通态电流带入损耗模型，得到述半导体功率器件的实时损耗；
[0014]将半导体功率器件的实时损耗和散热器进水口的实时水温带入热阻模型，得到半导体功率器件的实时结温。
[0015]获取半导体功率器件的实时断态电压、实时通态电流以及半导体功率器件的散热器进水口的实时水温，包括：
[0016]通过安装在半导体功率器件上的电压传感器获取半导体功率器件的实时断态电压，并通过安装在半导体功率器件上的电流传感器获取半导体功率器件的实时通态电流；
[0017]通过安装在散热器进水口的温度传感器获取散热器进水口的实时水温。
[0018]半导体功率器件的拓扑结构包括IGBT和与IGBT反并联的二极管；
[0019]半导体功率器件的参数包括IGBT的结壳热阻、IGBT的壳散热阻、二极管的结壳热阻和二极管的壳散热阻。
[0020]散热器的参数包括散热器的热阻。
[0021]热阻模型按下式构建：
[0022][0023]式中，R
IGBT1
表示IGBT的结壳热阻，R
IGBT2
表示IGBT的壳散热阻，P
IGBT
表示IGBT的实时损耗，R
Diode1
表示二极管的结壳热阻，R
Diode2
表示二极管的壳散热阻，P
Diode
表示二极管的实时损耗，R
H
表示散热器热阻，T
ref
表示散热器进水口的实时水温，T
IGBT
表示IGBT的实时结温，T
Diode
表示二极管的实时结温。
[0024]损耗模型按下式构建：
[0025][0026]式中，表示IGBT的实时通态电流，V
IGBT
表示IGBT的实时断态电压，表示二极管的实时通态电流，V
Diode
表示二极管的实时断态电压，表示IGBT的实时通态电流和IGBT的实时结温与IGBT的实时通态损耗之间的映射关系，表示IGBT的实时通态电流、IGBT的实时结温和IGBT的实时断态电压与IGBT的实时开通损耗之间的映射关系，表示所述IGBT的实时通态电流、所述IGBT的实时结温和所述IGBT的实时断态电压与所述IGBT的实时关断损耗之间的映射关系，表示所述二极管的实时通态电流和所述二极管的实时结温与所述二极管的实时通态损耗之间的映射关系，表示所述二极管的实时通态电流、所述二极管的实时结温和所述二极管的实时断态电压与所述二极管的实时反向恢复损耗之间的映射关系。
[0027]式中，表示IGBT的实时通态电流，V
IGBT
表示IGBT的实时断态电压，表示
二极管的实时通态电流，V
Diode
表示二极管的实时断态电压，表示IGBT的实时通态电流和IGBT的实时结温与IGBT的实时通态损耗之间的映射关系，表示IGBT的实时通态电流、IGBT的实时结温和IGBT的实时断态电压与IGBT的实时开通损耗之间的映射关系，表示IGBT的实时通态电流、IGBT的实时结温和IGBT的实时断态电压与IGBT的实时关断损耗之间的映射关系，表示二极管的实时通态电流和二极管的实时结温与二极管的实时通态损耗之间的映射关系，表示二极管的实时通态电流、二极管的实时结温和二极管的实时断态电压与二极管的实时反向恢复损耗之间的映射关系。
[0028]IGBT的实时通态电流和IGBT的实时结温与IGBT的实时通态损耗之间的映射关系的确定包括：
[0029]基于获取的IGBT的历史通态电流、历史结温和历史通态损耗，采用非线性最小二乘法对第一拟合方程进行拟合，得到第一拟合方程的拟合参数；
[0030]将第一拟合方程的拟合参数带入第一拟合方程，得到IGBT的实时通态电流和IGBT的实时结温与IGBT的实时通态损耗之间的映射关系；
[0031]IGBT的实时通态电流、IGBT的实时结温和IGBT的实时断态电压与IGBT的实时开通损耗之间的映射关系的确定，包括：
[0032]基于获取的IGBT的历史通态电流、历史结温、历史断态电压和历史开通损耗，采用非线性最小二乘法对第二拟合方程进行拟合，得到第二拟合方程的拟合参数；
[0033]将第二拟合方程的拟合参数带入第二拟合方程，得到IGBT的实时通态电流、IGBT的实时结温和IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，包括：获取半导体功率器件的实时断态电压、实时通态电流以及所述半导体功率器件的散热器进水口的实时水温；将所述半导体功率器件的实时电压、实时电流以及所述散热器进水口的实时水温输入预先构建的热电耦合模型进行解耦，得到所述半导体功率器件的实时结温。2.根据权利要求1所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述热电耦合模型的构建，包括：基于所述半导体功率器件的拓扑结构、所述半导体功率器件的参数和散热器的参数构建热电耦合模型；所述热电耦合模型包括损耗模型和热阻模型。3.根据权利要求2所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述将所述半导体功率器件的实时电压、实时电流以及所述散热器进水口的实时水温输入预先构建的热电耦合模型进行解耦，得到所述半导体功率器件的实时结温，包括：将所述半导体功率器件的实时断态电压和实时通态电流带入所述损耗模型，得到述半导体功率器件的实时损耗；将所述半导体功率器件的实时损耗和所述散热器进水口的实时水温带入所述热阻模型，得到所述半导体功率器件的实时结温。4.根据权利要求1所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述获取半导体功率器件的实时断态电压、实时通态电流以及所述半导体功率器件的散热器进水口的实时水温，包括：通过安装在所述半导体功率器件上的电压传感器获取所述半导体功率器件的实时断态电压，并通过安装在所述半导体功率器件上的电流传感器获取所述半导体功率器件的实时通态电流；通过安装在所述散热器进水口的温度传感器获取所述散热器进水口的实时水温。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述半导体功率器件的拓扑结构包括IGBT和与所述IGBT反并联的二极管。6.根据权利要求5所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述半导体功率器件的参数包括IGBT的结壳热阻、IGBT的壳散热阻、二极管的结壳热阻和二极管的壳散热阻；所述散热器的参数包括所述散热器的热阻。7.根据权利要求6所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述热阻模型按下式构建：式中，R
IGBT1
表示所述IGBT的结壳热阻，R
IGBT2
表示所述IGBT的壳散热阻，P
IGBT
表示所述IGBT的实时损耗，R
Diode1
表示所述二极管的结壳热阻，R
Diode2
表示所述二极管的壳散热阻，P
Diode
表示所述二极管的实时损耗，R
H
表示所述散热器热阻，T
ref
表示散热器进水口的实时水温，T
IGBT
表示所述IGBT的实时结温，T
Diode
表示所述二极管的实时结温。
8.根据权利要求7所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述损耗模型按下式构建：按下式构建：式中，表示所述IGBT的实时通态电流，V
IGBT
表示所述IGBT的实时断态电压，表示所述二极管的实时通态电流，V
Diode
表示所述二极管的实时断态电压，表示所述IGBT的实时通态电流和所述IGBT的实时结温与所述IGBT的实时通态损耗之间的映射关系，表示所述IGBT的实时通态电流、所述IGBT的实时结温和所述IGBT的实时断态电压与所述IGBT的实时开通损耗之间的映射关系，表示所述IGBT的实时通态电流、所述IGBT的实时结温和所述IGBT的实时断态电压与所述IGBT的实时关断损耗之间的映射关系，表示所述二极管的实时通态电流和所述二极管的实时结温与所述二极管的实时通态损耗之间的映射关系，表示所述二极管的实时通态电流、所述二极管的实时结温和所述二极管的实时断态电压与所述二极管的实时反向恢复损耗之间的映射关系。9.根据权利要求8所述的半导体功率器件结温的确定方法，其特征在于，所述IGBT的实时通态电流和所述IGBT的实时结温与所述IGBT的实时通态损耗之间的映射关系的确定，包括：基于获取的所述IGBT的历史通态电流、历史结温和历史通...

【专利技术属性】
技术研发人员：查鲲鹏，李宽宏，燕翚，王克峰，韩磊，朱宁辉，杨岳峰，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：