一种结温计算方法、运算电路及功率开关技术

本发明专利技术公开一种结温计算方法、运算电路及功率开关。其中，该方法包括：计算IGBT开关管的瞬时发热功率、开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率，二极管的瞬时发热功率以及反向恢复损耗功率；根据IGBT开关管的瞬时发热功率、开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率计算IGBT开关管的发热功率，根据二极管的瞬时发热功率和反向恢复损耗功率计算二极管的发热功率；根据IGBT开关管的发热功率和二极管的发热功率计算IGBT开关管和二极管的结温。通过本发明专利技术，能够直接通过IGBT开关管和二极管的发热功率计算出结温，提高了温度计算的准确性，还可以实现提前预测IGBT开关管和二极管的结温以便于提前进行高温保护。提前进行高温保护。提前进行高温保护。

【技术实现步骤摘要】
一种结温计算方法、运算电路及功率开关


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种结温计算方法、运算电路及功率开关。

技术介绍

[0002]传统的IGBT功率器件，没有内置温度检测及保护部件，实际使用中必须配置外围温度检测及保护电路，比如在靠近IGBT功率器件的散热器上布置感温包或者热电偶等温度检测器件实现温度的检测，这种设计存在很大的缺点。一方面感温包或者热电偶距离发热的IGBT功率器件内部的PN结距离太远，PN结发热后要传输到散热器上，散热器上的热量再传输给感温包，导致检测准确度较低，很难实现对IGBT功率器件的温度的精确检测；另一方面，这种被动式温度检测具有很大的延迟性与滞后性，导致温度检测不及时，保护不及时，不利于系统的高温保护。
[0003]针对现有技术中通过感温包或者热电偶等温度检测器件检测IGBT功率器件的温度，准确度较低且检测滞后的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例中提供一种结温计算方法、运算电路及功率开关，以解决现有技术中通过感温包或者热电偶等温度检测器件检测IGBT功率器件的温度，准确度较低且检测滞后的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种结温计算方法，应用于功率器件，所述功率器件包括反向并联的IGBT开关管和二极管，该方法包括：
[0006]计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率、所述二极管的瞬时发热功率以及所述二极管的反向恢复损耗功率；
[0007]根据所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率计算所述IGBT开关管的发热功率，以及，根据所述二极管的瞬时发热功率和所述二极管的反向恢复损耗功率计算所述二极管的发热功率；
[0008]根据所述IGBT开关管的发热功率计算所述IGBT开关管的结温，以及，根据所述二极管的发热功率计算所述二极管的结温。
[0009]进一步地，计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率，包括：
[0010]检测所述功率器件的电流和电压；
[0011]根据所述功率器件的电流、电压以及所述IGBT开关管的内阻计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率。
[0012]进一步地，根据所述功率器件的电流、电压以及所述IGBT开关管的内阻计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率时，依据以下公式实现：
[0013][0014]其中，P
t
‑
igbt
为IGBT开关管的瞬时发热功率，D
T
为IGBT开关管的占空比，I为功率器件的电流，U为功率器件的电压，R
i
为IGBT开关管的内阻。
[0015]进一步地，计算所述IGBT开关管的IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率时，依据以下公式实现：
[0016]P
on
＝f
c
·
E
on
；
[0017]P
off
＝f
c
·
E
off
；
[0018]其中，P
on
为IGBT开关管的开通瞬时损耗功率，f
c
为基准频率，E
on
为开通瞬时损耗能量，P
off
为IGBT开关管的关断瞬时损耗功率，E
off
为关断瞬时损耗能量。
[0019]进一步地，计算所述二极管的瞬时发热功率，包括：
[0020]检测所述功率器件的电流和电压；
[0021]根据所述功率器件的电流、电压以及所述二极管的内阻计算所述二极管的瞬时发热功率。
[0022]进一步地，根据所述功率器件的电流、电压以及所述二极管的内阻计算所述二极管的瞬时发热功率时，依据以下公式实现：
[0023][0024]其中，P
t
‑
diode
为二极管的瞬时发热功率，D
F
为二极管的占空比，R
d
为所述二极管的内阻。
[0025]进一步地，计算所述二极管的反向恢复损耗功率时，依据以下公式实现：
[0026]P
rr
＝f
c
·
E
rr
；
[0027]其中，P
rr
为二极管反向恢复损耗功率，E
rr
为二极管反向恢复损耗能量。
[0028]进一步地，根据所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率计算所述IGBT开关管的发热功率时，依据以下公式实现：
[0029]P
IGBT
＝P
t
‑
igbt
+P
on
+P
off
；
[0030]其中，P
IGBT
为所述IGBT开关管的发热功率。
[0031]进一步地，根据所述二极管的瞬时发热功率和所述二极管的反向恢复损耗功率计算所述二极管的发热功率时，依据以下公式实现：
[0032]P
Diode
＝P
t
‑
diode
+P
rr
；
[0033]其中，P
Diode
为所述开关管的发热功率。
[0034]进一步地，根据所述IGBT开关管的发热功率计算所述IGBT开关管的结温时，依据以下公式实现：
[0035]T
IGBT
＝P
IGBT
×
(R
thjc
‑
I
+R
thch
‑
I
)+(P
IGBT
+P
Diode
)
×
R
thHA
+T
A
；
[0036]其中，T
IGBT
为IGBT开关管的结温，R
thjc
‑
I
为IGBT结壳间热阻，R
thch
‑
I
为IGBT壳与散热器间热阻，为散热器与周围环境间的热阻，T
A
为环境结温。
[0037]进一步地，根据所述二极管的发热功率计算所述二极管的结温时，依据以下公式实现：
[0038]T
Diode
＝P
Diode
×
(R
thjc
‑
D
+R
thch
‑
D
)+(P
IGBT
+P
Diode
)
×
R
thHA
+T
A
；
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结温计算方法，应用于功率器件，所述功率器件包括反向并联的IGBT开关管和二极管，其特征在于，所述方法包括：计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率、所述二极管的瞬时发热功率以及所述二极管的反向恢复损耗功率；根据所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率计算所述IGBT开关管的发热功率，以及，根据所述二极管的瞬时发热功率和所述二极管的反向恢复损耗功率计算所述二极管的发热功率；根据所述IGBT开关管的发热功率计算所述IGBT开关管的结温，以及，根据所述二极管的发热功率计算所述二极管的结温。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率，包括：检测所述功率器件的电流和电压；根据所述功率器件的电流、电压以及所述IGBT开关管的内阻计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述功率器件的电流、电压以及所述IGBT开关管的内阻计算所述IGBT开关管的瞬时发热功率时，依据以下公式实现：其中，P
t
‑
igbt
为IGBT开关管的瞬时发热功率，D
T
为IGBT开关管的占空比，I为功率器件的电流，U为功率器件的电压，R
i
为IGBT开关管的内阻。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述IGBT开关管的IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率时，依据以下公式实现：P
on
＝f
c
·
E
on
；P
off
＝f
c
·
E
off
；其中，P
on
为IGBT开关管的开通瞬时损耗功率，f
c
为基准频率，E
on
为开通瞬时损耗能量，P
off
为IGBT开关管的关断瞬时损耗功率，E
off
为关断瞬时损耗能量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述二极管的瞬时发热功率，包括：检测所述功率器件的电流和电压；根据所述功率器件的电流、电压以及所述二极管的内阻计算所述二极管的瞬时发热功率。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述功率器件的电流、电压以及所述二极管的内阻计算所述二极管的瞬时发热功率时，依据以下公式实现：其中，P
t
‑
diode
为二极管的瞬时发热功率，D
F
为二极管的占空比，R
d
为所述二极管的内阻。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述二极管的反向恢复损耗功率时，依据以下公式实现：P
rr
＝f
c
·
E
rr
；
其中，P
rr
为二极管反向恢复损耗功率，E
rr
为二极管反向恢复损耗能量。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述IGBT开关管的瞬时发热功率、所述IGBT开关管的开通瞬时损耗功率和关断瞬时损耗功率计算所述IGBT开关管的发热功率时，依据以下公式实现：P
IGBT
＝P
t
‑
igbt+
P

【专利技术属性】
技术研发人员：王春鹏，黄猛，黄颂儒，陈宁宁，
申请(专利权)人：国创能源互联网创新中心广东有限公司，
类型：发明
国别省市：