[發明專利]一種變流器IGBT溫度控制方法

在審

• 申請號: 202111168840.5
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113939153A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 張永嵐;謝峰;周黨生;王琰;姜圳
• 申請（專利權）人: 深圳市禾望電氣股份有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 廣東君熙律師事務所 44488
• 代理人: 黃仁東

本發明公開了一種變流器IGBT溫度控制方法，所述方法包括：獲取所述變流器所處的環境溫度、IGBT殼溫及變流器實時功率數據；根據所述的環境溫度、變流器實時功率數據，計算得出IGBT殼溫目標值；根據所述IGBT殼溫實時溫度數據與所述IGBT殼溫目標值的差異調節散熱風扇轉速，使得IGBT殼溫維持在目標范圍之內；該變流器IGBT溫度控制方法可以降低IGBT器件殼溫波動，改善IGBT功率器件的溫度循環壽命，延長器件使用時間，降低變流器運行與維護成本，降低變流器散熱系統用電量，提高效率，避免散熱風扇的頻繁啟停，延長散熱風扇的使用壽命。

技術領域

本發明涉及變流器技術領域，尤其涉及一種變流器IGBT溫度控制方法。

背景技術

以IGBT為代表的半導體功率器件是變流器的核心部件之一，也是主要的發熱部件之一，其熱管理極其重要，在很大程度上影響著器件的壽命和變流器的可使用年限。熱主要從兩個溫度方面影響IGBT器件壽命，一是允許溫度，當前工業類的IGBT器件最高允許溫度大多為150℃，小部分為175℃，超過允許溫度，器件可靠性得不到保證，很容易失效；二是溫度波動或者叫溫度循環，因為IGBT器件內部包含多種材料，而每種的材料熱膨脹率不一樣,溫度波動使得器件反復地膨脹和收縮，而不同材料的膨脹和收縮程度不一樣，頻繁的溫度波動會帶來IGBT器件因熱疲勞而失效的問題。IGBT器件允許溫度在當前的變流器中都會被關注，并且產品設計時會留有一定裕量；而溫度波動在很多時候被較少關注，即使關注溫度波動，也主要考慮避免波動時的IGBT結溫超過允許溫度，而不是關注溫度循環壽命，因為溫度波動造成的器件熱疲勞與波動的頻率和幅值密切相關，是一個的長期積累的過程。

以英飛凌公司公布的其工業IGBT模塊溫度波動對壽命影響測試數據為例，在達到相同的失效率情況下，殼溫波動幅值為30℃時的允許的循環次數幾乎為幅值40℃時的10倍(見圖1)，也就是說減小波動幅值可明顯延長IGBT模塊的壽命。

風冷作為主要散熱方式之一，在變流器領域具有廣泛的應用。它通過散熱風扇強迫功率器件散熱器周圍的空氣流動，帶走熱量；對于風冷散熱方式的變流器，目前主流方案是散熱風扇采用定頻風扇，或者有限檔位調速風扇，大多工作在砰-砰控制模式，即在變流器工作期間，若檢測到的溫度超過設定的溫度上限值時，風扇全速運行；低于設定的溫度下限值時，風扇停止。這種散熱控制方式簡單、實用，但存在功率半導體功器件溫度波動特別是器件殼溫波動大的問題，降低了器件的溫度循環壽命，另外定頻風扇效率低，頻繁啟停和全功率運行增加了變流器散熱系統的能耗，而且頻繁啟停對風扇的壽命也不利。

為此，亟需一種可以降低IGBT器件殼溫波動，改善IGBT功率器件的溫度循環壽命，延長器件使用時間，降低變流器運行與維護成本，降低變流器散熱系統用電量，提高效率，避免散熱風扇的頻繁啟停，延長散熱風扇的使用壽命的變流器IGBT溫度控制方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種變流器IGBT溫度控制方法，該變流器IGBT溫度控制方法可以降低IGBT器件殼溫波動，改善IGBT功率器件的溫度循環壽命，延長器件使用時間，降低變流器運行與維護成本，降低變流器散熱系統用電量，提高效率，避免散熱風扇的頻繁啟停，延長散熱風扇的使用壽命。

為解決上述技術問題，本發明提供變流器IGBT溫度控制方法，所述變流器包含散熱風扇、溫度傳感器及與所述溫度傳感器對應的溫度控制單元，其特征在于，所述方法包括：

獲取所述變流器所處的環境溫度、IGBT殼溫、散熱器實時溫度數據及變流器實時功率數據；

根據所述的環境溫度、變流器實時功率數據和IGBT殼到環境熱阻，計算得出IGBT殼溫目標值；

根據所述IGBT殼溫實時溫度數據與所述IGBT殼溫目標值的差異調節散熱風扇轉速，使得IGBT殼溫維持在目標范圍之內。

優選地，所述散熱風扇為變頻調速風扇，能夠接收轉速控制指令并輸出給定的轉速，而且其轉速可以根據指令在其允許在的最低轉速和最高轉速之間連續可調。