[發(fā)明專利]一種IGBT功率模塊結(jié)溫動態(tài)預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810036617.7
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108108573B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張承寧;辛欣;張碩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

1.一種IGBT功率模塊結(jié)溫動態(tài)預(yù)測方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)電機的運行狀態(tài)得到電機第一個工作點下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；

步驟2、建立電機工作點解析模型；將所述步驟1中得到的所述轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速輸入所建立的電機工作點解析模型，得到dq軸電流電壓值，繼而獲得逆變器輸出三相電流電壓、開關(guān)信號；儲存驅(qū)動端柵極電阻、開關(guān)頻率及DC端直流母線電壓信息；

步驟3、建立IGBT功率模塊的損耗計算模型；設(shè)定所述功率模塊中的IGBT以及反并聯(lián)二極管FWD的初始溫度，并將所述步驟2中的各參數(shù)輸入所建立的所述損耗計算模型，得到所述IGBT以及反并聯(lián)二極管FWD的損耗值；具體包括：

IGBT功率模塊的損耗P_Module包括：IGBT工作時產(chǎn)生的通態(tài)損耗P_{IGBT_con}和開關(guān)暫態(tài)時候的開通損耗P_{IGBT_on}、關(guān)斷損耗P_{IGBT_off}；FWD工作時的通態(tài)損耗P_{FWD_con}以及反向恢復(fù)損耗P_{FWD_re}：

P_Module＝P_{IGBT_con}+P_{IGBT_on}+P_{IGBT_off}+P_{FWD_con}+P_{FWD_re}

IGBT和FWD導(dǎo)通時的通態(tài)壓降V_CE和V_D由各自的門檻電壓V_CEO、V_DO以及通態(tài)電阻R_ch、R_d產(chǎn)生的壓降兩部分組成，且與溫度實際溫度T相關(guān)，其關(guān)系表示如下：

V_D(T)＝V_DO(T₀)+b_D·(T-T₀)+R_d(T)·I_D²

式中，T₀為參考溫度，I_C和I_D分別為通過IGBT和FWD的電流，其中，b_T、m和b_D均為通過曲線擬合出的溫度相關(guān)項；

計算得到通態(tài)損耗，其中D_T和D_D為IGBT和FWD在單位開關(guān)周期內(nèi)的占空比：

P_{IGBT_con}＝(V_CEO(T)·I_C+R_ch(T)I_C²)·D_T

P_{FWD_con}＝(V_DO(T)I_D+R_d(T)I_D²)·D_D

在開關(guān)頻率為f_sw時，IGBT的開通功率損耗P_{IGBT_on}、關(guān)斷功率損耗P_{IGBT_off}及FWD的反向恢復(fù)功率損耗P_{FWD_re}表示如下:

P_{IGBT_on}＝f_sw·E_{IGBT_on}

P_{IGBT_off}＝f_sw·E_{IGBT_off}

P_{FWD_re}＝f_sw·E_{FWD_re}；

其中，

其中，E_{IGBT_on}為IGBT的開通能量損耗、E_{IGBT_off}為IGBT的關(guān)斷能量損耗、E_{FWD_re}為FWD的反向恢復(fù)能量損耗，a_on、b_on、c_on、a_off、b_off、c_off、a_re、b_re、c_re為擬合常數(shù)，k_on、k_off、k_re為溫度相關(guān)項，E_on(R_g)、E_off(R_g)、E_off(R_g)和E_on(R_rated)、E_off(R_rated)、E_off(R_rated)分別為實際柵極電阻和參考柵極電阻下對應(yīng)的IGBT的開通與關(guān)斷能量能耗、FWD的反向恢復(fù)能量損耗，V_{DC_rated}為參考直流母線值；

步驟4、建立IGBT功率模塊的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型；將所述步驟3中得到的所述損耗值輸入所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，得到當(dāng)前電機工作點所對應(yīng)的結(jié)溫；

步驟5、將所述步驟4中得到的結(jié)溫反饋輸入所述IGBT功率模塊的損耗計算模型，實現(xiàn)工況應(yīng)用下的動態(tài)結(jié)溫預(yù)測。