[發明專利]電機控制器中功率元件IGBT結溫的估算方法

有效

• 申請號: 201811459039.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109597966B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 陳雙;王雙全;黃洪劍
• 申請（專利權）人: 上海大郡動力控制技術有限公司
• 主分類號: G06F17/17
• 分類號: G06F17/17;G01N25/20;G01R31/26;G01K7/22
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 沈國良

本發明公開了一種電機控制器中功率元件IGBT結溫的估算方法，本方法根據在一定溫度范圍內，IGBT的飽和壓降與結溫之間存在著可近似視為線性的關系，利用飽和壓降與溫度的關系間接得到結溫，從而根據結溫和熱敏電阻測量得到的溫度的對應關系，得出從IGBT基板到IGBT芯片的瞬態熱阻抗曲線，然后通過曲線擬合得到IGBT瞬態熱阻抗數學模型，通過該模型計算得IGBT瞬時結溫。本方法克服傳統IGBT結溫估算的缺陷，根據實際試驗數據建立IGBT的瞬態熱阻模型，提高模型參數的精度，其結溫估算簡單，便于實現，計算量小，降低元器件成本，且估算誤差小，提高了電機控制器的最大輸出能力及安全性。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，尤其涉及一種電機控制器中功率元件IGBT結溫的估算方法。

背景技術

結溫是判斷功率元件IGBT處于安全運行的重要條件，IGBT的工作結溫限制著電機控制器的最大輸出能力。在實際使用中，很多因素均會導致IGBT過熱損壞，例如設計因素、復雜工況、高振動、溫度沖擊、硅脂老化等。通常采用熱敏電阻進行IGBT結溫的間接保護，由于熱敏電阻放置在IGBT的基板或者散熱器上，直接測量的是基板或散熱器的溫度，但是IGBT的結溫和基板或散熱器溫度存在溫差，而且基板或散熱器的溫度響應時間很慢，且兩者的關系并不明確，所以熱敏電阻測量到的基板或散熱器的溫度并不能實時的反映IGBT的結溫。在電機堵轉等極端工況下，由于IGBT內部的熱能分布不均，如果不能實時估算IGBT的結溫，很容易引起IGBT過熱損壞。現有技術中關于IGBT結溫估算的解決方案存在硬件電路設計復雜、元器件成本高、IGBT熱阻模型不精確、結溫估算誤差較大等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種電機控制器中功率元件IGBT結溫的估算方法，本方法克服傳統IGBT結溫估算的缺陷，根據實際試驗數據建立IGBT的瞬態熱阻模型，提高模型參數的精度，其結溫估算簡單，便于實現，計算量小，降低元器件成本，且估算誤差小，提高了電機控制器的最大輸出能力及安全性。

為解決上述技術問題，本發明電機控制器中功率元件IGBT結溫的估算方法包括如下步驟：

步驟一、IGBT結溫T_j與飽和壓降V_ce的關系曲線提取，電流源經二極管提供IGBT電流，IGBT的基極與集電極短接，通過電壓測量設備測量IGBT的飽和壓降V_ce，IGBT放置在溫控箱內，通過調節溫控箱的溫度給IGBT加熱，同時記錄不同溫度下對應的飽和壓降V_ce，擬合成一條直線：

T_j＝k×V_ce+b (1)

其中，k和b分別為直線的斜率和截距；

步驟二、IGBT瞬態熱阻抗曲線的提取，采用小電流源和大電流源分別經二極管提供IGBT電流，其中大電流源的輸出電流為遠大于小電流源的某一恒定值，IGBT的基極和集電極短接，通過電壓測量設備測量IGBT的飽和壓降V_ce；

將待測IGBT固定于設有熱敏電阻的散熱器并放置于系統冷卻水道上，開通大電流源和小電流源，并維持一段時間待IGBT結溫達到穩定，記錄此時的IGBT電流I和飽和壓降V_ce，并計算得到此時IGBT的損耗功率P_loss＝I×V_ce；

斷開大電流源，讓IGBT結溫自然降低至穩定狀態，同時用電壓測量設備記錄此過程中的飽和壓降V_ce和熱敏電阻測量得到的溫度T_ntc，此時，采用式(1)中已測得的結溫T_j與飽和壓降V_ce的關系曲線和實際測到的飽和壓降V_ce值推算出此過程中的結溫T_j的曲線，通過下式：

推算出IGBT的瞬態熱阻抗曲線Z_j-ntc；