[发明专利]一种IGBT模块的结温预测方法

权利要求书

1.一种IGBT模块的结温预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据模块化多电平电路参数和短路前运行情况得出直流双极短路时流过IGBT电流的表达式；直流双极短路时流过IGBT的电流表达式如下：

其中

其中，U_dc为直流侧电压值、n为半个桥臂子模块个数、C₀为子模块电容容值、L_a为桥臂阀电抗器电感值、R_st为桥臂等效电阻值、L_L为直流母线等值电感值、R_L为直流母线等值电阻值、I_L为故障时刻电感电流值；

2)根据IGBT数据手册拟合出导通损耗、开关能量与流过IGBT电流的关系式；导通损耗以及开关能量与流过IGBT电流I_C的关系式如下：

开通能量E_on：

E_on＝9.607×10^-7I_C²+0.002145I_C+0.7643

关断能量E_off：

E_off＝0.005189I_C+0.1464

导通损耗P_Tcon：

V_CE＝aI_C²+bI_C+c

结温T_j为25摄氏度下a＝-5.922×10^-8 b＝0.0009071 c＝0.7492

结温T_j为125摄氏度下a＝-8.8×10^-8 b＝0.001252 c＝0.8091

所以，系数a、b、c随结温T_j变化关系为

导通损耗P_Tcon＝V_CEI_C＝(aI_C²+bI_C+c)I_C

其中V_CE为IGBT导通压降；

3)根据IGBT的等效开关频率和等效占空比判断IGBT所处的开关状态；

4)根据IGBT所处的开关状态，直流双极短路时流过IGBT电流的表达式，以及导通损耗、开关能量与流过IGBT电流的关系式计算出IGBT的损耗值P；计算IGBT的损耗值P具体方法如下：

其中，t_c为结温计算周期；

5)根据IGBT的损耗值P和IGBT模块的4阶Foster传热模型得出预测的时间段内IGBT结温随时间变化趋势的离散曲线，其中IGBT结温计算方法具体如下：

其中，t_c是计算周期，T_i是第i阶热模型的温度差，T_fi是第i阶热模型上一计算周期的温度差，R_i是第i阶热模型的热阻值，C_i是第i阶热模型的热容值，T_j是结温，T_a是环境温度，i为正整数。