[发明专利]一种电动汽车用的IGBT温度保护变频控制方法

说明书

本发明是一种电动汽车用的IGBT温度保护变频控制方法，其在充分考虑影响开关频率的各种影响因子基础上，设计了开关频率和工作温度相匹配的变频控制，并通过对参数的在线标定，取优得到最合适的开关频率进行功率模块的调节控制，从而达到保护IGBT热稳定的目的，同时在控制中对开关频率的调节梯度进行限制，避免快速调节导致的输出电流突变，有效防止电流环失控。本方法简单、有效，通过对开关频率的调节可以确保其工作温度维持在正常范围内。

技术领域

本发明涉及变频控制技术，具体涉及IGBT温度保护变频控制方法。

背景技术

随着电动汽车性能的不断提升和自动驾驶技术的快速发展，电动汽车的效率和可靠性要求越来高。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电动汽车动力系统的核心零部件，其高性能、高可靠性至关重要。

对于电动汽车而言，由于外部环境和运行工况的复杂多变，导致了电动汽车运行的不确定性，IGBT的应用环境更为严苛。其中，温度过高导致的失效是IGBT失效的主要原因。对于产品设计而言，增大IGBT的电流输出能力和开关频率固然可以为整车带来更好的动力性能，但是大电流输出、高开关频率也将导致更多的IGBT开关损耗，在散热能力不变的条件下芯片温升会增大，其发生热失效的概率将增大。

若电动汽车用的IGBT短期工作于高开关频率下，将面临着模块过温导致的动力中断风险；若长期工作于高开关频率下，累积的热应力将导致热失效。因此，开发一种以保护IGBT为目的，使开关频率和工作温度相匹配的变频控制算法，就显得尤为重要。

对现有技术进行解读，通过变频控制对IGBT温度进行保护的方法主要集中在两个方面：其一，对IGBT结温进行监控，当超过结温保护阀值后，降低开关频率，减少热损耗。例如在公开号CN201410212333.0的专利文献中，公开了一种基于开关频率调节的提升机变频器IGBT超温闭环保护方法。通过对IGBT结温进行估算，并制定一个温度闭环来动态调节逆变器的IGBT温度，使系统可以一直处于慢速稳定的运行状态。该方法被用于工况比较简单的工业整流器和逆变器控制，所以变频调节步长比较固定，无法直接适用与电动汽车的复杂工况。其二，通过对IGBT结温进行高精度的动态监控，可以调整变频器的输出。在公开号CN201610186980.8的专利文献中，公开了一种变频器中IGBT过温保护方法。从开关频率和输出电流的特征关系入手，对IGBT结温进行可信度较高的精确监控。该方法仅仅提到了IGBT结温的监控方法，但没有给出如何对开关频率进行控制的方案，从而无法做到对其进行温度保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车用的IGBT温度保护变频控制方法，通过对开关频率的调节使IGBT热损耗平衡，确保其工作温度维持在正常范围内。

本发明的技术方案，是申请人通过如下分析研究的基础上而得到：

本技术中，对IGBT的温度保护，实际上是对其结温进行检测和控制。现有技术中有多种求取平均结温的方法，本发明优选采用平均结温T_j计算公式如下：

T_j＝P_avR_th+T_h

上式中，P_av为IGBT的平均损耗，R_th为IGBT结到壳的热阻，通过IGBT的数据手册查询得到，T_h为IGBT壳的温度，通过热敏电阻直接测量得到。

在现有技术中有多种求取平均损耗的方法，本发明优选的IGBT平均损耗P_av计算公式如下：

P_av＝P_cond+P_sw

上式中，P_cond为IGBT的导通损耗，P_sw为IGBT的开关损耗，二者的计算公式如下：