[發明專利]一種IGBT功率模塊在線估算結溫的方法

在審

• 申請號: 201910069446.2
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109871591A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 何怡剛;李凱偉;袁偉博;何鎏璐;郭宇錚;張慧
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/11;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;楊曉燕

一種IGBT功率模塊在線估算結溫的方法，包括步驟：熱敏電參數法估算結溫，擴展狀態空間熱模型的建立，卡爾曼濾波器在結溫估算中的應用。熱敏電參數法可以實時估算IGBT功率模塊的結溫，選取IGBT導通壓降V_CE(ON)為熱敏電參數，并且提出了一種V_CE(ON)在線測量電路；在Foster熱網絡模型的基礎上，考慮了二極管耦合的影響，提出了包括自熱和耦合熱的擴展狀態空間熱模型；將二極管和IGBT的功率損耗以及利用熱敏電參數法得到的結溫估算值作為Kalman濾波器的輸入，考慮測量噪聲和過程噪聲，從而得到最優的結溫估算值。本發明方法做到了電氣絕緣，不需要改變功率變流器的控制策略來進行測量，減少了噪聲并消除了電壓測量的間歇性的影響，提高了結溫測量精度。

技術領域

本發明屬于電力電子和電子信息科學領域，具體涉及一種IGBT功率模塊在線估算結溫的方法，利用卡爾曼濾波器得到結溫的最優估計值。

背景技術

功率變流器在智能電網、軌道交通與新能源等領域廣泛應用，而絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率變流裝置的關鍵器件，其可靠性是系統安全運行的保障。因此對IGBT的狀態監測和壽命預測極其重要，IGBT功率模塊失效形式很多，而溫度是是導致其失效的主要因素，因此熱分析是IGBT功率模塊狀態評估中的重要內容，實時測取IGBT功率模塊結溫對于提高系統的可靠性具有重要的意義。

申請號為201810036617.7、公開號為108108573A的專利申請文件公開了一種IGBT功率模塊結溫動態預測方法，基于固定熱模型的方法計算結溫，但無法補償由于老化和冷卻條件的影響而導致的熱路徑退化。申請號為201710334867.4、公開號為107192934A的專利申請文件公開了一種用于大功率IGBT的結殼瞬態熱阻抗的測量方法，利用熱敏參數法測量大功率IGBT在冷卻過程中結溫的降溫曲線，同時利用熱電偶法獲取IGBT殼溫的降溫曲線，但是測量誤差和工作條件的變化會影響其估計值，且熱電偶故障率高，維修困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述不足，提供一種IGBT功率模塊在線估算結溫的方法，實現了電氣絕緣，不需要改變功率變流器的控制策略來進行測量，減少了噪聲并消除了電壓測量的間歇性的影響，提高了結溫測量的精度。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種IGBT功率模塊在線估算結溫的方法，包括以下步驟：

步驟一：基于電力電子仿真軟件Saber搭建全橋逆變器電路以及V_CE(ON)在線測量電路，將V_CE(ON)在線測量電路的兩輸入端接在全橋逆變器電路的IGBT的集電極和發射極，實現全橋逆變器電路與V_CE(ON)在線測量電路的連接；

步驟二：對于連接后的全橋逆變器電路與V_CE(ON)在線測量電路，獲取IGBT導通壓降V_CE(ON)，利用熱敏電參數法，得到IGBT導通壓降V_CE(ON)和IGBT功率模塊結溫T_j的定標曲線及擬合關系式；

步驟三：基于步驟一搭建的全橋逆變器電路，建立由一個IGBT和一個對應的二極管構成的IGBT功率模塊的行為模型，對其靜態和動態特性進行仿真分析，計算得到IGBT的開關損耗以及導通損耗、二極管的反向恢復損耗以及導通損耗；

步驟四：考慮步驟三IGBT功率模塊中IGBT和二極管之間的耦合作用，建立IGBT功率模塊的擴展狀態空間熱模型；

步驟五：建立Kalman濾波器(即卡爾曼濾波器)的系統模型，將步驟二得到的結溫、步驟三得到的IGBT的開關損耗以及導通損耗、步驟三得到的二極管的反向恢復損耗以及導通損耗作為濾波器輸入，計算得到結溫的最優估算值。