[发明专利]一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法

权利要求书

1.一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，包括：

步骤S1：获取功率器件的几何参数、几何结构、材料系数、材料类别；

步骤S2：基于几何参数、几何结构、材料系数、材料类别得到相邻材料层之间热传导角度的相关关系，并建立异质材料层的自适应传热角度模型；

步骤S3：通过传热角度计算各层的有效传热面积，构建功率器件的Cauer热网络模型；

步骤S4：采集环境温度，基于Cauer热网络模型并结合功率器件的损耗模型获取结温；

所述步骤S2中自适应传热角度模型如下：

其中：tanθ_i(T)为温度为T时材料层i内热量传递方向与z轴的角度，tanθ_i+1(T)为温度为T时材料层i+1内热量传递方向与z轴的角度，k_i(T)为温度为T时第i层的导热系数，k_i+1(T)为温度为T时第i+1层的导热系数，T为温度；

所述步骤S3中功率器件的Cauer热网络模型具体为：

其中：R_th(T)为温度为T时的热阻，k(T)为温度为T时的材料导热系数，A(z,T)为厚度为z处温度T下的有效传热面积，d为材料层的厚度，C_th(T)为温度为T时的热容，c(T)为温度为T时的材料比热容，ρ为材料密度。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，所述步骤S1中功率器件的几何参数具体包括去封装和隔热材料后各层的边长和厚度，材料系数具体包括各物理材料层的传热系数，密度，厚度和比热容。

3.根据权利要求2所述的一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，所述步骤S1中功率器件的几何结构具体包括芯片层，芯片焊料层，DCB上铜层，DCB基片层，DCB下铜层，基板焊料层和底板层；材料类别具体包括硅，铜，氧化铝，银基铜。

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，所述Cauer热网络模型中，第i+1层在厚度为z温度T下的有效传热面积具体为：

A_i+1(z,T)＝[a_i,k+2z_itanθ_i+1(T)][b_i,k+2z_itanθ_i+1(T)]

其中：a_i,k、b_i,k为第i层在厚度d_i,k处的有效传热面积的边长，z_i为第i层的厚度，tanθ_i+1(T)为温度为T时第i+1层的导热系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，所述功率器件的损耗模型包括IGBT的通态模型、开断模型和FWD的通态模型、开断模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41：基于功率器件的损耗模型获得热流损耗；

步骤S42：基于Cauer热网络模型获得等效热阻抗；

步骤S43：采集环境温度，并得到结温：

T_j(t)＝P_loss(t)·Z_th(t)+T_ambient

其中：T_j(t)为结温，P_loss(t)为热流损耗，Z_th(t)为等效热阻抗，T_ambient为环境温度。