[發(fā)明專利]三相IGBT功率模塊的在線結(jié)溫計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010564575.1
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111783287B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬銘遙;郭偉生;嚴(yán)雪松;楊淑英;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提供了一種三相IGBT功率模塊的在線結(jié)溫計算方法，包括建立三相IGBT功率模塊的瞬態(tài)損耗模型、建立三相IGBT功率模塊的熱網(wǎng)絡(luò)模型、熱網(wǎng)絡(luò)模型狀態(tài)空間方程的離散化、計算損耗和結(jié)溫等步驟。該發(fā)明詳細(xì)計算了功率模塊內(nèi)部的每個芯片的瞬態(tài)損耗并提出了一種高效率的三相功率模塊結(jié)溫計算方式，易于嵌入到數(shù)字信號處理器中實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的功率模塊結(jié)溫在線計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率模塊的在線結(jié)溫計算方法，具體是涉及一種高效率的三相IGBT功率模塊的在線結(jié)溫計算方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和封裝技術(shù)的迅速發(fā)展，功率模塊的功率密度迅速增長。由于惡劣的運(yùn)行環(huán)境，功率模塊的可靠性引起了廣泛的關(guān)注。工業(yè)研究表明功率模塊的多數(shù)失效與溫度因素相關(guān)。結(jié)溫是功率模塊可靠運(yùn)行的一項重要參數(shù)。功率模塊的在線結(jié)溫計算是進(jìn)行芯片熱管理的前提。

目前，功率模塊的在線結(jié)溫計算已經(jīng)成為功率模塊可靠性運(yùn)行技術(shù)的研究熱點(diǎn)內(nèi)容，這既有學(xué)術(shù)論文對此做了深入的理論分析，也有實(shí)際應(yīng)用的工程方法，如中國發(fā)明專利《風(fēng)電變流器IGBT模塊結(jié)溫在線計算方法》(CN 103956887 B)和《一種絕緣柵雙極性晶體管IGBT模塊溫度求解算法》(CN 105825019 B)。

中國發(fā)明專利CN 102930096 B于2016年08月31日公開的《風(fēng)電變流器IGBT模塊結(jié)溫在線計算方法》，是先建立IGBT模塊的損耗模型，然后建立IGBT模塊的熱網(wǎng)絡(luò)模型，最后根據(jù)結(jié)溫計算公式實(shí)現(xiàn)IGBT模塊結(jié)溫的在線計算。但是專利存在以下不足：

1、專利中沒有具體敘述風(fēng)電變流器的每相各個開關(guān)器件的損耗計算方式；

2、專利中沒有提出一種高效率的計算方法以同時估計三相IGBT功率模塊內(nèi)部的所有芯片的結(jié)溫。

中國發(fā)明專利CN 105825019 B于2018年10月23日公開的《一種絕緣柵雙極性晶體管IGBT模塊溫度求解算法》，是先建立IGBT模塊的損耗模型和Cauer型熱網(wǎng)絡(luò)模型，然后根據(jù)從電網(wǎng)絡(luò)模型檢測到的當(dāng)前迭代周期和上一迭代周期的門極觸發(fā)信號判斷開關(guān)器件在當(dāng)前迭代周期所處的狀態(tài)，接著計算出開關(guān)器件的功率損耗，最后求解出IGBT模塊溫度。但是專利存在以下不足：

1、專利中需要結(jié)合門極觸發(fā)信號判斷開關(guān)器件的狀態(tài)，增加了結(jié)溫求解算法的復(fù)雜度；

2、專利中提出的結(jié)溫計算方法涉及迭代過程，需要滿足收斂條件，適合于結(jié)溫的仿真計算而不適合結(jié)溫的在線實(shí)時計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題為上述方案的不足，即提供一種詳細(xì)的損耗計算方式和一種高效率的三相IGBT功率模塊的在線結(jié)溫計算方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種三相IGBT功率模塊的在線結(jié)溫計算方法，所述IGBT功率模塊的開關(guān)器件包括兩類：IGBT類開關(guān)器件和Diode類開關(guān)器件；所述三相IGBT功率模塊包括a相、b相和c相，將a相、b相和c相中的任意一相記為x相，x相中包括上橋臂開關(guān)器件IGBT_UAx、上橋臂開關(guān)器件Diode_UAx、下橋臂開關(guān)器件IGBT_LAx和下橋臂開關(guān)器件Diode_LAx，x＝a,b,c；

本在線結(jié)溫計算方法包括以下步驟：

步驟1，建立三相IGBT功率模塊的瞬態(tài)損耗模型

步驟1.1，分別建立上橋臂開關(guān)器件IGBT_UAx導(dǎo)通壓降的模型、下橋臂開關(guān)器件IGBT_LAx導(dǎo)通壓降的模型、上橋臂開關(guān)器件Diode_UAx導(dǎo)通壓降的模型和下橋臂開關(guān)器件Diode_LAx導(dǎo)通壓降的模型；

上橋臂開關(guān)器件IGBT_UAx導(dǎo)通壓降的模型的表達(dá)式如下：