一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法技术

本发明专利技术提供的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，包括以下步骤：步骤1，获取IGBT老化试验数据，所述IGBT老化试验数据包括多个参量；步骤2，建立IGBT从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系；步骤3，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型；步骤4，根据得到的动态热网络模型计算得到每个寿命阶段对应的各参量之间热阻的等效值；本发明专利技术能够更为准确的计算出不同寿命段器件的结温波动情况，弥补原有寿命损耗计算模型中热网络模型保持不变引起的寿命损耗小于实际损耗的问题。保持不变引起的寿命损耗小于实际损耗的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法


[0001]本专利技术属于新能源(风力发电、光伏发电)领域，具体涉及一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法。

技术介绍

[0002]随着以风力发电、光伏发电为代表的新能源发电产业在我国得到迅速发展，作为能量转换核心器件的IGBT寿命管理成为热点，实现寿命管理的前提是利用老化试验数据，深入探究IGBT的运行特性，建立相应的器件热网络模型进而预测IGBT的寿命损耗。传统方法多利用设备出厂参数，然而实际运行中，器件老化进程中热参数会增大，进而带来的热载荷上升和寿命减小，忽略参数变化会导致IGBT模块寿命的预测结果不准确。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，解决了现有技术中IGBT模块寿命预测时存在准确率低的缺陷。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]本专利技术提供的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，获取IGBT老化试验数据，所述IGBT老化试验数据包括多个参量；
[0007]步骤2，建立IGBT从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系；
[0008]步骤3，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型；
[0009]步骤4，根据得到的动态热网络模型计算得到每个寿命阶段对应的各参量之间热阻的等效值。
[0010]优选地，步骤2中，基于模糊映射法建立从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系。
[0011]优选地，步骤3中，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型，具体方法是：
[0012]首先，根据得到的映射关系构建一组多维曲面；
[0013]其次，计算该一组多维曲面中每个多维曲面对应的每个参量的变化趋势，得到该每个多维曲面对应的曲面偏移参量；
[0014]接着，计算每个曲面偏移参量对应的变化率，进而得到该一组多维曲面对应的变化率向量；
[0015]接着，将得到的变化率向量分为不同寿命阶段；
[0016]最后，根据得到的不同寿命阶段构建得到动态热网络模型。
[0017]优选地，利用下式结合得到的映射关系构建一组多维曲面：
[0018][0019]1≤i≤n
[0020]其中，i为循环次数；P
i
为第i次循环对应的模块损耗；为第i次循环对应的模块结温；为第i次循环对应的模块结温波动；为第i次循环对应的模块壳温；为第i次循环对应的集电极电流。
[0021]优选地，通过下式计算每个多维曲面中对应的每个参量的变化趋势，得到该多维曲面对应的曲面偏移参量：
[0022][0023]其中，为多维曲面S
i
的曲面偏移参量；分别表示曲面S
i
对应的映射关系中对于模块损耗、模块结温、模块结温波动、模块壳温、集电极电流对应的偏导数计算结果。
[0024]优选地，通过下式计算每个曲面偏移参量对应的变化率，进而得到该一组多维曲面对应的变化率向量：
[0025][0026][0027]1<i≤n
[0028]其中，为多维曲面S
i
对应的曲面偏移参量；为多维曲面S1,S2,
…
,S
i
‑1的偏移量期望值；v
i
为多维曲面S
i
相对于前i
‑
1项多维曲面偏移量的变化率。
[0029]优选地，利用一维聚类分析将得到的变化率向量分为不同寿命阶段。
[0030]优选地，根据得到的不同寿命阶段，结合多层Foster热网络模型，构建得到动态热网络模型。
[0031]优选地，步骤4中，利用回归分析法计算得到每个寿命阶段对应的各参量之间热阻的等效值。
[0032]一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算系统，包括：
[0033]数据获取单元，用于获取IGBT老化试验数据，所述IGBT老化试验数据包括多个参量；
[0034]映射关系建立单元，用于建立IGBT从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系；
[0035]热网络模型构建单元，用于根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型；
[0036]等效计算单元，用于根据得到的动态热网络模型计算得到每个寿命阶段对应的各参量之间热阻的等效值。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0038]本专利技术提供的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，针对IGBT在器件老化进程中热参数变化的现状，以老化试验数据中集射级饱和压降V
cesat
与模块损耗(P)变化作为IGBT的不同寿命阶段划分的主要参量，同时进一步引入老化时间(循环次数，n)、模块结温(T
j
)、模块结温波动(ΔT
j
‑
m
)、模块壳温(T
c
)、集电极电流(I
c
)等参量，分析模块从出厂状态到老化失效状态之间的不同寿命阶段各监测参数变化趋势，充分利用老化试验数据，准确识别出监测参数的变化趋势，为器件寿命分段提供良好基础；基于曲面偏移度(Surface offset)计算方法深入研究IGBT模块从新出厂状态到老化失效状态之间的寿命分段方法，综合考量各个监测参量，更为准确的根据模块状态对寿命进行分段；基于老化实验结果的变化规律，从寿命第一阶段开始，研究每阶段内结
‑
壳间热阻R
th(
‑
c)
相比于该寿命阶段开始时刻初始热阻的变化规律，根据回归分析法得出每阶段中各层热阻的等效计算方法，进而得到器件全生命周期过程中热网络关键参数，提出基于动态热阻的不同寿命阶段热网络模型建立方法。通过建立动态热阻的不同寿命阶段热网络模型，能够更为准确的计算出不同寿命段器件的结温波动情况，弥补原有寿命损耗计算模型中热网络模型保持不变引起的寿命损耗小于实际损耗的问题。
附图说明
[0039]图1为本专利技术的流程示意图；
[0040]图2为IGBT寿命划分示意图；
[0041]图3为IGBT初始热网络结构图；
具体实施方式
[0042]下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0043]本专利技术提供的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，包括以下步骤：
[0044]步骤1，获取IGBT老化试验数据，所述IGBT老化试验数据包括多个参量；
[0045]步骤2，建立IGBT从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系；
[0046]步骤3，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取IGBT老化试验数据，所述IGBT老化试验数据包括多个参量；步骤2，建立IGBT从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系；步骤3，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型；步骤4，根据得到的动态热网络模型计算得到每个寿命阶段对应的各参量之间热阻的等效值。2.根据权利要求1所述的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，其特征在于，步骤2中，基于模糊映射法建立从全新模块到失效全生命周期老化测试进程下各参量之间的映射关系。3.根据权利要求1所述的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，其特征在于，步骤3中，根据的映射关系结合曲面偏移度计算方法构建得到动态热网络模型，具体方法是：首先，根据得到的映射关系构建一组多维曲面；其次，计算该一组多维曲面中每个多维曲面对应的每个参量的变化趋势，得到该每个多维曲面对应的曲面偏移参量；接着，计算每个曲面偏移参量对应的变化率，进而得到该一组多维曲面对应的变化率向量；接着，将得到的变化率向量分为不同寿命阶段；最后，根据得到的不同寿命阶段构建得到动态热网络模型。4.根据权利要求3所述的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，其特征在于，利用下式结合得到的映射关系构建一组多维曲面：1≤i≤n其中，i为循环次数；P
i
为第i次循环对应的模块损耗；为第i次循环对应的模块结温；为第i次循环对应的模块结温波动；为第i次循环对应的模块壳温；为第i次循环对应的集电极电流。5.根据权利要求3所述的一种IGBT各寿命阶段热参数变化规律及等效计算方法，其特征在于，通过下式计算每个多维曲面中对应的每个参量的变化趋势，得到该多维曲面对应的曲面偏移参量：其中，为多维曲面S
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晨，李庆义，童博，张红星，宋戈，郭再虎，谢小军，胡华杰，赵勇，郑清伟，毕子明，霍新裕，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能陕西发电有限公司，
类型：发明
国别省市：