[發(fā)明專利]一種IGBT模塊的穩(wěn)態(tài)溫度計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410853960.2
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104732006B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)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(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明公開了一種IGBT模塊的穩(wěn)態(tài)溫度計算方法，所述IGBT模塊的穩(wěn)態(tài)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(shù)；建立IGBT模塊散熱系統(tǒng)熱路模型，所述熱路模型包括IGBT模塊、導(dǎo)熱接觸材料和散熱器；確定IGBT模塊溫度。通過本發(fā)明提出的IGBT模塊的計算方法，避免了現(xiàn)有技術(shù)通過端口傳熱特性數(shù)學(xué)逼近方法產(chǎn)生的等效熱路模型，在保證穩(wěn)態(tài)計算精度的同時避免非物理熱阻和熱容產(chǎn)生的失真和誤差；避免了場域計算模型計算工作量巨大耗時嚴(yán)重的弊端，提升了基于IGBT模塊的系統(tǒng)設(shè)計的工作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種穩(wěn)態(tài)溫度計算方法，具體涉及一種IGBT模塊的穩(wěn)態(tài)溫度計算方法。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是一種通過控制信號可以開通和關(guān)斷的可關(guān)斷電力電子器件。IGBT具有三個端子：門極端子(G)和兩個負(fù)荷端子發(fā)射極(E)、集電極(C)。通過在門極和發(fā)射極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷海琁GBT可以控制一個方向的電流，即導(dǎo)通和關(guān)斷。由于IGBT器件無法承受反壓，工業(yè)應(yīng)用中一般在IGBT器件的兩個負(fù)載端子間并聯(lián)續(xù)流二極管，并封裝在一起形成IGBT模塊。IGBT具有輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、控制電路簡單、速度快和工作頻率高的特點，稱為最有應(yīng)用前景的電力電子器件之一，在工業(yè)拖動、軌道交通、高壓輸電、智能家電和工業(yè)控制等領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

實際應(yīng)用中IGBT模塊需要經(jīng)常開通和關(guān)斷，以控制負(fù)載電流，同時，在導(dǎo)通和關(guān)斷條件下IGBT模塊還要承受通態(tài)電流和斷態(tài)電流，這些都會使IGBT模塊承受一定的功率損耗，產(chǎn)生熱量并導(dǎo)致IGBT模塊芯片溫度的提升。為了保證IGBT模塊工作時的安全性，一般需要通過配置風(fēng)冷散熱器或水冷散熱器以保證IGBT模塊運行中產(chǎn)生的熱量可及時散出。由于IGBT模塊的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是高壓IGBT模塊對絕緣性能提出了很高要求，因此，如何獲得運行中IGBT模塊芯片的溫度特性是電力電子裝置設(shè)計時重點考慮的問題，也是尚未很好解決的問題。目前，主要通過計算獲得IGBT模塊的運行溫度特性。

IGBT模塊的溫度計算方法主要有兩種，熱阻抗分析法和場域分析法，這些方法關(guān)注溫度變化趨勢，對計算條件要求復(fù)雜且參數(shù)不易獲得。在公開發(fā)表的“用于IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測的熱-電耦合模型研究”(吳巖松等.用于IGBT模塊結(jié)溫預(yù)測的熱-電耦合模型研究.電工電能新技術(shù)，33卷3期，2014)中介紹了典型的熱阻抗分析法。該方法需要熱阻抗網(wǎng)絡(luò)模擬散熱元件的熱傳播特性，由于該方法對材料熱特性的模擬本質(zhì)上仍為端口逼近模型而非物理模型，并且模型中熱容參數(shù)的連接方式和數(shù)值對計算精度影響較大，對于工程中主要關(guān)心的最高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫等問題容易產(chǎn)生較大數(shù)值震蕩，且容易造成較大誤差。專利“一種獲取電力電子器件瞬態(tài)溫度的方法和裝置”(專利號CN 102930096A)公布了典型的基于場域分析法獲得IGBT模塊瞬態(tài)溫度的計算方法，該方法建立了IGBT模塊的有限元模型和有限體積模型，獲得IGBT模塊內(nèi)部詳細(xì)的對流系數(shù)分布和溫度分布，工程實踐中該方法需要IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)尺寸和物理參數(shù)，一般使用者無法獲得，同時每次計算工作量巨大且耗時較長。

高壓IGBT模塊的溫度計算方法主要有兩種，熱阻抗分析法和場域分析法。這些方法分別存在以下技術(shù)偏見：

(1)這些方法關(guān)注溫度變化趨勢，對計算條件要求復(fù)雜且參數(shù)不易獲得；

(2)熱容參數(shù)的數(shù)值和布置方式對計算精度影響較大，容易產(chǎn)生誤差；

(3)模型參數(shù)獲取困難，一般用戶無法獲得；

(4)模型計算工作量巨大，耗時較長。

因此，需要提供一種能滿足高壓IGBT模塊工程應(yīng)用計算精度要求的芯片穩(wěn)態(tài)溫度計算方法來提升IGBT模塊工程應(yīng)用設(shè)計的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容