[發明專利]一種IGBT模塊的結溫預測方法

有效

• 申請號: 201710338673.1
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107025364B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王躍;周暉;王璋;尹詩媛;尹太元;段國朝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種IGBT模塊的結溫預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據模塊化多電平電路參數和短路前運行情況得出直流雙極短路時流過IGBT電流的表達式；直流雙極短路時流過IGBT的電流表達式如下：

其中

其中，U_dc為直流側電壓值、n為半個橋臂子模塊個數、C₀為子模塊電容容值、L_a為橋臂閥電抗器電感值、R_st為橋臂等效電阻值、L_L為直流母線等值電感值、R_L為直流母線等值電阻值、I_L為故障時刻電感電流值；

2)根據IGBT數據手冊擬合出導通損耗、開關能量與流過IGBT電流的關系式；導通損耗以及開關能量與流過IGBT電流I_C的關系式如下：

開通能量E_on：

E_on＝9.607×10^-7I_C²+0.002145I_C+0.7643

關斷能量E_off：

E_off＝0.005189I_C+0.1464

導通損耗P_Tcon：

V_CE＝aI_C²+bI_C+c

結溫T_j為25攝氏度下a＝-5.922×10^-8 b＝0.0009071 c＝0.7492

結溫T_j為125攝氏度下a＝-8.8×10^-8 b＝0.001252 c＝0.8091

所以，系數a、b、c隨結溫T_j變化關系為

導通損耗P_Tcon＝V_CEI_C＝(aI_C²+bI_C+c)I_C

其中V_CE為IGBT導通壓降；

3)根據IGBT的等效開關頻率和等效占空比判斷IGBT所處的開關狀態；

4)根據IGBT所處的開關狀態，直流雙極短路時流過IGBT電流的表達式，以及導通損耗、開關能量與流過IGBT電流的關系式計算出IGBT的損耗值P；計算IGBT的損耗值P具體方法如下：

其中，t_c為結溫計算周期；

5)根據IGBT的損耗值P和IGBT模塊的4階Foster傳熱模型得出預測的時間段內IGBT結溫隨時間變化趨勢的離散曲線，其中IGBT結溫計算方法具體如下：

其中，t_c是計算周期，T_i是第i階熱模型的溫度差，T_fi是第i階熱模型上一計算周期的溫度差，R_i是第i階熱模型的熱阻值，C_i是第i階熱模型的熱容值，T_j是結溫，T_a是環境溫度，i為正整數。