一种基于大数据分析的IGBT结温估算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于大数据分析的IGBT结温估算法，涉及电力电子技术领域。包括以下步骤：S1：图解IGBT结温受输出电流频率的影响；S2：IGBT结温升的划分及量化处理；S3：不同模块的结温变动趋势线；S4：IGBT结温受输出电流幅值的影响；S5：图解IGBT结温升受母线电压和载频的影响；S6：估算方法小结及误差评估。本发明专利技术与现有技术的区别在于，依据变频器检测的输出电流幅值及频率、母线电压、散热器温度和载频，应用由仿真结果推算出来的估算系数和一张通用的频率系数表，就能快速估算IGBT的结温，该算法仅由加减乘除构成，占用的软件代码和硬件算力资源都很少，在多数整机工况下，估算误差都能满足工程应用的需求。都能满足工程应用的需求。都能满足工程应用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据分析的IGBT结温估算法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体为一种基于大数据分析的IGBT结温估算法。

技术介绍

[0002]在与电力电子相关的行业内，芯片结温早已成为考核功率半导体器件热应力和界定安全工作区的关键指标。
[0003]在多重边界条件叠加出现时，如果不及时调整控制模式，IGBT的结温可能飙升到非安全工作区，影响产品可靠运行，常规的结温算法精度虽高，但需耗费大量时间，满足不了实时调整控制模式和迅速停机保护的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于大数据分析的IGBT结温估算法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于大数据分析的IGBT结温估算法，包括以下步骤：
[0006]S1：图解IGBT结温受输出电流频率的影响；
[0007]S2：IGBT结温升的划分及量化处理；
[0008]S3：不同模块的结温变动趋势线；
[0009]S4：IGBT结温受输出电流幅值的影响；
[0010]S5：图解IGBT结温升受母线电压和载频的影响；
[0011]S6：估算方法小结及误差评估。
[0012]更进一步地，所述步骤S1中，同一半桥模块在各种工况下，当输出电流频率低于25Hz后，IGBT结温升都会随输出电流频率的降低而升高，且变化趋势一致。
[0013]更进一步地，所述步骤S2中，芯片结温中的波动分量，会随着输出电流频率有规律的变化。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]该基于仿真数据分析的IGBT结温峰值估算法，与现有技术的区别在于，依据变频器检测的输出电流幅值及频率、母线电压、散热器温度和载频，应用由仿真结果推算出来的估算系数和一张通用的频率系数表，就能快速估算IGBT的结温，该算法仅由加减乘除构成，占用的软件代码和硬件算力资源都很少，在多数整机工况下，估算误差都能满足工程应用的需求。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的200A模块在各种整机工况下，结温升随输出电流频率的变化趋势图；
[0017]图2为本专利技术的450A模块在各种母线电压下，结温升随输出电流频率的变化趋势
图；
[0018]图3为本专利技术的IGBT芯片虚拟结温在不同输出电流频率下的波动图；
[0019]图4为本专利技术的划分芯片结温升的成分图；
[0020]图5为本专利技术的英飞凌450A模块图；
[0021]图6为本专利技术的富士200A模块图；
[0022]图7为本专利技术的不同模块的K_Fo曲线图；
[0023]图8为本专利技术的英飞凌450A模块的结温升曲线，两种拟合方案及误差图；
[0024]图9为本专利技术的富士200A模块在各种载频下的结温升及拟合线图；
[0025]图10为本专利技术的新引入的结温估算系数随工况的分布图；
[0026]图11为本专利技术的富士200A模块的陶瓷基板模块结温估算系数图；
[0027]图12为本专利技术的英飞凌35A的陶瓷基板模块结温估算系数图；
[0028]图13为本专利技术的富士200A半桥模块结温估算误差汇总图；
[0029]图14为本专利技术的整机额定轻载电流下的结温估算图；
[0030]图15为本专利技术的1.15倍整机额定轻载电流下的结温估算图；
[0031]图16为本专利技术的1.3倍整机额定轻载电流下的结温估算图；
[0032]图17为本专利技术的0.85倍整机额定轻载电流下的结温估算图；
[0033]图18为本专利技术的0.7倍整机额定轻载电流下的结温估算图；
[0034]图19为本专利技术的关键频率点对应的取值图；
[0035]图20为本专利技术的母线电压产生的影响拟合成幂函数图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]如图1
‑
图20所示，本专利技术提供一种技术方案：一种基于大数据分析的IGBT结温估算法。
[0038]主要包含以下三方面内容：
[0039]1、引入通用的频率系数表——用来解藕输出电流频率对结温波动分量的非线性影响。这是算法的核心、为后续定量分析奠定了基础。
[0040]2、确认母线电压线性地影响结温估算系数(对载频)的斜率。这消除了某些厂家在开关损耗估算公式中使用幂函数插值带来的困扰。
[0041]3、确认可以用输出电流线性拟合结温升——在大多数整机工况下估算误差都满足工程应用。
[0042]一、图解IGBT结温受输出电流频率的影响
[0043]经验表明：负载电机在低速段带重载运行时，逆变单元更容易损坏。因此先考察IGBT结温或温升(ΔTj
‑
heatsink)随输出电流频率(Fo)的变化规律。
[0044]以常用的富士200A(2MBI200XBE120
‑
50)和英飞凌450A(FF450R12KT4)半桥模块为例，应用厂家提供的仿真软件得到变频器在各种工况下的结温升(散热器温度统一设为九
十度)，归集到图1和图2的曲线中进行分析。
[0045]为看清结温升在输出电流低频段的剧烈变化，图1和图2中的横坐标没有采用线性坐标；可以看出：同一半桥模块在各种工况下、当输出电流频率低于25Hz后，IGBT结温升都会随输出电流频率的降低而升高、且变化趋势一致；当输出电流接近零频时、芯片结温升高达25Hz时的2～3倍！
[0046]二、IGBT结温升的划分及量化处理
[0047]图3是模块制造商提供的IGBT虚拟结温的示意图：在三个电流频率下输出同样幅值的电流，尽管芯片平均结温相同、等效的损耗波形只是周期不同，但输出电流频率越低、虚拟结温波动的幅度和峰值越大。
[0048]由图3可知，芯片结温升可以看作由两部分构成，一是与输出电流频率无关的芯片平均温升，二是由虚拟结温波动引起的增(分)量。
[0049]用英飞凌在线仿真软件，考察450A模块在整机轻载额定电流下的结温升。图4中横轴是桥臂输出电流的频率，图中的实线是各频率点仿真得到的结温升；长虚线是仿真得到的芯片平均结温升(后文中用ΔT_ac表示)。
[0050]图4中，还有一条通过2Hz、3Hz对应结温升点的短虚线，它与纵坐标的交点可看作假设的、输出直流电流时的结温升，交点纵坐标减去平均结温升后、得到零频输出电流带来的结温升增量(ΔT_dc)——把它当作参考基准、来量化评估结温升中波动分量的变化趋势，即用下式来量化拟合图4中的仿真结果：
[0051]ΔTj
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据分析的IGBT结温估算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图解IGBT结温受输出电流频率的影响；S2：IGBT结温升的划分及量化处理；S3：不同模块的结温变动趋势线；S4：IGBT结温受输出电流幅值的影响；S5：图解IGBT结温升受母线电压和载频的影响；S6：估算方法小结及误差评估。2.根据权利要求1所述的一种基于大...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文崎，
申请(专利权)人：江苏吉泰科电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：