[發明專利]一種IGBT模塊的穩態溫度計算方法

有效

• 申請號: 201410853960.2
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104732006B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李泓志;趙巖;賀之淵;季蘭蘭;高凱;韓子嬌;李鐵
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院;中電普瑞電力工程有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種IGBT模塊的穩態溫度計算方法，所述IGBT模塊由IGBT芯片和二極管芯片組成，其特征在于，所述IGBT模塊的穩態溫度計算方法包括以下步驟：

計算IGBT模塊損耗；

輸入IGBT模塊熱特性參數；

建立IGBT模塊散熱系統熱路模型，所述熱路模型包括IGBT模塊、導熱接觸材料和散熱器；

確定IGBT模塊溫度；

所述輸入IGBT模塊熱特性參數包括以下步驟：輸入所述IGBT芯片的結-殼熱阻R_th(j-c).IGBT；輸入所述二極管芯片的結-殼熱阻R_th(j-c).FWD；輸入所述導熱接觸材料的熱阻R_th(TIM).chip；輸入所述散熱器散熱面到外環境的熱阻R_th(h-a)；輸入外環境溫度；

其中，所述R_th(j-c).IGBT、所述R_th(j-c).FWD、所述R_th(TIM).chip和所述R_th(h-a)的單位為K/W，所述外環境溫度單位為℃；

所述建立IGBT模塊散熱系統熱路模型包括以下步驟：基于IGBT模塊熱量傳輸路徑中元件連接拓撲確定IGBT模塊散熱系統熱路模型結構；將IGBT芯片和二極管芯片的總損耗的數值作為電流源，將環境溫度的數值作為電壓源；根據熱量傳輸路徑和元件連接關系將元件熱阻的對應電阻連接于熱路模型中電流源和電壓源之間；

所述確定IGBT模塊溫度，包括以下步驟：

對建立的IGBT模塊散熱系統熱路模型進行電路求解；

將熱路模型中IGBT芯片對應電流源和IGBT芯片的結-殼熱阻之間公共節點的電壓對應于IGBT芯片的結溫，該電壓單位為V，該結溫單位為℃；

將熱路模型中二極管芯片對應電流源和二極管芯片的結-殼熱阻之間公共節點的電壓對應于二極管芯片的結溫，該電壓單位為V，該結溫單位為℃；

將熱路模型中IGBT芯片的結-殼熱阻、二極管芯片的結-殼熱阻與導熱接觸材料的熱阻之間公共節點的電壓對應于IGBT模塊的外殼溫度，該電壓單位為V，該外殼溫度單位為℃；

將熱路模型中導熱接觸材料的熱阻和散熱器散熱面到外環境的熱阻之間公共節點的電壓對應于散熱器的表面溫度，該電壓單位為V，該表面溫度單位為℃。

2.根據權利要求1所述的IGBT模塊的穩態溫度計算方法，其特征在于，所述計算IGBT模塊損耗，包括計算所述IGBT芯片的總損耗和所述二極管芯片的總損耗。

3.根據權利要求2所述的IGBT模塊的穩態溫度計算方法，其特征在于，所述IGBT芯片的總損耗的計算公式為：

公式①中，P_IGBT為所述IGBT芯片的總損耗，T_IGBT為所述IGBT芯片損耗計算時間，U_IGBT為所述IGBT芯片的電壓、I_IGBT為所述IGBT芯片的電流，N_IGBT為所述IGBT芯片在損耗計算時間內的開關次數，E_sw.IGBT為所述IGBT芯片單次開關損耗，t₀為所述IGBT芯片損耗計算的起始時間，t為時間變量；

其中，T_IGBT的單位為s；U_IGBT為時變量，單位為V；I_IGBT為時變量，單位為A；E_sw.IGBT的單位為J；P_IGBT的單位為W。